屏蔽式核主泵飞轮结构完整性评价及其裂纹寿命评估

发布时间：2020-10-12 02:20

　　 屏蔽式核主泵飞轮作为非能动安全系统的一环,属于核安全相关部件,受核安全局监管。其作用是在全场断电的情况下,仍能维持一定的惰转时间以排出堆芯的残余热量,避免堆内的燃料组件持续升温直至烧毁。在常规工况下,飞轮被包围在间隙流场中,上下端又存在较大的温差,工作环境十分复杂,以往的研究分析中往往忽略间隙流场导致的温度分布变化对飞轮结构完整性的影响,本次研究对这一因素加以考虑并应用至后续分析之中。与此同时,飞轮表面存在由装配或加工失误导致的初始裂纹,其在交变载荷作用下会随着循环周期的增加而不断发展直至临界,最终导致飞轮发生断裂失效,影响核主泵寿期内的安全运行。国内外学者往往将飞轮简化为半无限大体并结合半经验公式,或参照ASME附录G中的经验公式计算裂纹的应力强度因子。但这两种方法并不适用于结构、受力复杂的双金属飞轮,所以有必要对以往的计算方法进行修正。本次研究针对屏蔽式核主泵飞轮,建立了存在裂纹的三维飞轮模型,应用有限元法计算飞轮裂纹的应力强度因子,揭示了应力强度因子随转速,裂纹深度及长度的变化规律,利用所得规律修正应力强度因子的计算公式,并结合Paris公式对飞轮裂纹进行寿命评估,解决了以往研究方法中存在的适用性问题。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM623
【部分图文】：

屏蔽式核主泵结构示意图

飞轮间隙流场

间隙流场湍流模型选取环向间隙流场的宽度仅约 10mm，远小于飞轮保持环及电机的形态是典型的 Taylor-Couette 流[27]。Taylor-Couette 流由夹在两隙中的粘性流体组成，当角速度较低时，为 Couette 流，当内过某一临界值时，Couette 流失稳并进入第二稳态——其特点形涡，名为 Taylor 流。Taylor-Couette 流是通过与雷诺数有关的，已知 Talyor 数的表达式为：rTar r 为圆筒的半径； 为圆筒的转速； 为圆筒的间隙； 为流。而当泰勒数处于一定的范围之时，就会在流体中螺旋涡出现个稳定二次流图案，一个堆在另一个的顶部，即泰勒涡，从而量交换，其形式可参照图 2-3 所示[28]。
【参考文献】

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本文编号：2837487