屏蔽式電機(jī)主泵中動靜干涉作用對葉輪應(yīng)力分析

發(fā)布時間：2020-05-08 14:37

【摘要】：反應(yīng)堆冷卻劑循環(huán)泵又被稱為核主泵，其最重要的功能就是給核電站堆芯提供冷卻劑，使冷卻劑在核電站一回路系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)冷卻，以確保足夠的冷卻劑流量將反應(yīng)堆堆芯產(chǎn)生的熱量帶走。核主泵長期安全可靠的運(yùn)行對核電站正常運(yùn)行、防止堆芯過熱的發(fā)生極為重要，因此，，核主泵常被比作為核電站的“心臟”。國內(nèi)外很多學(xué)者都對核主泵內(nèi)部流場進(jìn)行了分析研究工作，大多數(shù)都主要關(guān)注在不同流量工況下的核主泵在穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)下的運(yùn)行特點(diǎn)，而對于核主泵內(nèi)部的零部件，比如核主泵的葉片的研究相對較少。當(dāng)核主泵在核電站中正常運(yùn)行時，核主泵內(nèi)部流場的水流會猛烈沖擊葉輪葉片，從而造成在葉輪表明上產(chǎn)生細(xì)小的裂紋。例如在中國西南地區(qū)的一個電站，由于導(dǎo)葉上有一個破口而造成泵周期性的振動，從而是兩個葉輪葉片斷裂，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以對核主泵內(nèi)部非定常流場分析及流場對主泵葉輪應(yīng)力影響是本文主要研究內(nèi)容。本文建立了一個包括進(jìn)出口、葉輪、導(dǎo)葉、蝸殼組成的全流道模型泵模型，并且對模型泵進(jìn)行外特性計算，采用試驗驗證的方法證明水力模型的準(zhǔn)確性，然后對模型泵進(jìn)行非定常計算，得到模型泵內(nèi)部非定常流場特點(diǎn)，計算得到由動靜干涉引起的壓力脈動。核主泵的一個重要難題是用計算機(jī)方法去解決水動力引起的應(yīng)力。在本文中，通過建立一個包括進(jìn)出口、葉輪、導(dǎo)葉、蝸殼組成的全流道模型，并且計算不同工況下的核主泵特性，使用流固耦合方法將流場計算得到的壓力分布加載到葉輪上。結(jié)果表明：葉輪最大米塞斯應(yīng)力在葉輪葉片出口邊和后蓋板接觸處，此處容易出現(xiàn)疲勞；葉輪的最大應(yīng)力與流場成正相關(guān)的關(guān)系；葉輪最大應(yīng)力有明顯的周期性，其周期決定于導(dǎo)葉葉片數(shù)。
【圖文】：

主泵,葉輪

技術(shù)規(guī)格書中明確要求主泵的超長期、穩(wěn)定、安全和可靠的運(yùn)行，這同時也要求主泵的葉輪也必須在各種工況下安全穩(wěn)定的工作。田灣核電站在前期的運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)葉輪斷裂的現(xiàn)象，如圖1-1所示。此事故導(dǎo)致該主泵葉輪報廢，其原因主要可以分為主觀原因和客觀原因：其主觀原因是生產(chǎn)該葉輪的工廠缺乏制造葉輪的經(jīng)驗，在葉輪生產(chǎn)和制造過程中技術(shù)檢測能力相對薄弱；與此同時，中方的無損檢測人員和技術(shù)人員技術(shù)水平不過關(guān)，在檢測過程中未發(fā)現(xiàn)葉輪的缺陷；其客觀原因主要是因為葉輪運(yùn)行過程中，在高溫、高壓和強(qiáng)輻射的反應(yīng)堆冷卻劑中進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，受到冷卻劑液體的強(qiáng)烈沖擊產(chǎn)生的周期性載荷的作用，并且葉輪在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的離心力載荷的作用等各種不確定載荷，使主泵葉輪的某個部位應(yīng)力過于集中，并且產(chǎn)生了微小裂紋，隨著疲勞載荷的作用

示意圖,示意圖,葉輪,模型泵