【摘要】：核能作为当今社会一种重要的清洁能源,保证核电站安全运行的工作不可或缺。现今普遍使用第三代核电机组以保障其高可靠性运行。核反应堆冷却剂循环泵是核电站反应堆一回路的核心,也称核主泵,其主要作用是为一回路冷却剂的输送提供动力。保证核主泵的转子部件在高温高压、高速转动的条件下长期高可靠运行,关乎整个核电系统的安全。核主泵水力部件的动力学分析是至关重要的。本文以CAP1400屏蔽式核主泵作为研究对象,将转子一并划分为水力部件范畴,分别对叶轮和转子部件整体的动力学特性进行探究。首先将叶轮简化为圆盘模型,进行了数值模态分析并与现有实验结果对比;以缩尺叶轮模型为对象,分别研究了边界条件以及高温高压环境对叶轮模态特性的影响,并与现有实验结果进行对比;然后对核主泵的转子部件进行合理的简化建模,对其进行湿模态分析,探究预应力以及高温高压环境对其整体模态的影响;而后以真机叶轮模型为对象进行整机流场分析,得到压力脉动的频域特性;找出叶轮可能发生共振的危险工况,并计算其在真实约束条件下的流体阻尼比以及动应力;最后以转子部件为对象进行转子动力学分析,找出其临界转速,并对特定情况进行不平衡响应分析。研究发现:(1)简化的圆盘湿模态频率与干模态频率相比均下降25%左右;叶轮的模态频率也遵循相同规律,并随下潜深度的增加而逐渐下降,随径向距离的增加而逐渐上升;叶轮高温高压水环境的固有频率相比常温常压有所增加。(2)转子部件整体湿模态分析中添加了大惯量飞轮,对结构的质量矩阵影响明显,相比之下水附加质量及阻尼的影响反而削弱了;重力场使转子部件的模态频率有些许降低,旋转离心力并未造成转子部件的应力刚化效应;流体作用力增加了系统的阻尼效应,使得转子部件的固有频率有所降低;温度和压力对结构模态的影响与节径无关。(3)来流不均匀导致叶片前缘处转频激励明显,动静干涉导致叶片尾缘处13倍频(导叶通频)激励明显;1节径1模态为最可能发生共振的危险模态;谐响应分析的最大Von Mises应力为7.96MPa,出现在叶片前缘根部;最大变形量为3.06μm,出现在叶片尾缘中径处。(4)转子部件的第1阶振型为双锥形微小摆动,对模态影响很小;转子部件的第2阶振型为“U”形弯曲振动,对模态影响剧烈;确定其1阶临界转速是1099.21rpm,判断其为挠性转子;在上飞轮顶部施加不平衡力时,2阶临界转速位置出现了不平衡响应峰值64.49μm,此不平衡响应在警戒阈值以内,可以认为满足转子部件振动的安全性要求。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM623
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