水环境下核主泵叶轮结构动力学特性研究

发布时间：2020-07-12 07:24

【摘要】：核主泵是为冷却剂输送提供动力并将热量排出的设备,是核电站一回路压力边界组成部分。叶轮是核主泵内高速转动部件,同时作为核主泵的核心部件,要求在高温、高压、强辐射环境下长期、安全、可靠地运行,关系到核主泵运行的完整性,直接影响到冷却剂的输送,进而影响到整个反应堆系统的安全。准确计算核主泵叶轮在流体介质中的动应力对核主泵安全可靠运行具有十分重要的意义。本文开展了水环境下叶轮动应力研究。对叶轮干湿模态进行了数值模拟分析,对比了干湿模态各阶频率,得到各阶频率下降率。同时,分析了叶轮距自由表面、刚性壁面的距离对叶轮湿模态影响。叶轮在水环境下阻尼比分为材料阻尼比与流体介质阻尼比。通过分析模态参数,研究了材料阻尼耗功,同时通过弱耦合,将模态振型与流场节点耦合,求解了流体介质阻尼耗功。基于模态应变能法,得到了材料阻尼比与流体介质阻尼比,并且分析了材料阻尼比、流体介质阻尼比随着振幅变化关系,并得到了总阻尼比。然后测量了叶轮空气中、水中的频响函数曲线,并分析频响函数曲线,得到了模态频率、模态阻尼比等模态参数,并且对比了实验与数值模拟结果。研究了叶轮非定常流场特性,得到了压力脉动时域特性,并且通过FFT(Fast Fourier Transformation)变换得到压力脉动频域特性,分析了压力荷载频域成分,同时研究了压力荷载幅值、相位分布。根据叶轮干涉图,找出了共振模态,然后根据得到的总阻尼比以及压力荷载,分别采用拟静力以及谐响应方法分析了水环境下叶轮动应力。研究发现,叶轮各阶湿模态频率比干模态频率低,并且每阶下降率不同;叶轮距自由表面越远、距刚性壁面越近,频率越低,并且到达一定距离后,频率保持不变;同一模态下,叶轮材料阻尼比随着振幅是非线性变化关系,而流体介质阻尼比基本保持不变。并且同一模态,同一振幅下,流体介质阻尼比远大于材料阻尼比,此时总阻尼比即为流体介质阻尼比;实验结果表明,实验与数值的叶轮各阶模态频率最大误差为5%,阻尼比误差为7.8%,满足精度要求;叶轮压力脉动主频为转频,但在叶片尾缘处,由于动静干涉,13倍转频幅值也比较大;根据叶轮干涉图,找出共振模态为1节径1模态,发现压力荷载幅值分布沿周向均匀,但相位分布不均匀,叶片之间存在相位差;拟静力分析结果表明动应力最大值为1.96MPa,谐响应分析结果表明,计算的最大动应力为2.02MPa,两者结果基本相同。最大动应力都出现在叶片前缘根部。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL353.12

【参考文献】

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本文编号：2751621