核电汽轮机高中压转子弯曲故障评估及处理系统

研究HN1089型百万千瓦级核电半转速饱和蒸汽汽轮机轴系的动不平衡响应特性,首次建立高中压转子现场弯曲故障的评估及处理系统。采用转子动力学专业分析软件ARMD,先计算支撑轴承的静、动特性的性能参数,其次采用应变能法对轴系的带空腔焊接转子进行模化,并计入减振弹簧基础的参振质量和刚度,建立基础-轴承-转子的动力学模型计算轴系的动态特性。现场实测轴系固有频率结果与计算结果基本一致,证明模型正确。计算高中压转子加配重时轴系的振动响应与自身一阶振型弯曲时的振动响应,发现加重响应敏感性远低于同容量的火电机组,仅当高中压转子重心处弯曲值不超过0.06mm时,可以采取不揭缸在线安装最大质量配重螺钉的方式处理弯曲故障,但此时在线偏心传感器已无法正确评估该类弯曲故障的影响。借助该型汽轮机高中压缸特有的中间轴封体连接管孔,通过电涡流传感器可以测量转子实际弯曲度,并建立评估现场不揭缸动平衡处理可行性的系统,为快速决策高中压转子现场弯曲故障的处理提供重要参考。

飞机空气导管泄漏特性的试验研究及数值模拟

在研究国内外现有空气导管泄漏探测系统的基础上,搭建了管道泄漏探测试验台,并结合FLUENT三维泄漏流场的数值模拟,研究了不同导流洞大小、绝热层厚度及泄漏位置情况对泄漏探测性能的影响。试验结果与FLUENT计算结果表明:绝热层导流洞孔径及绝热层厚度的增大均能一定程度地增强感温线捕捉泄漏信号的效果;泄漏位置也会影响探测性能。给出了小孔泄漏流量的计算方法。研究结论可为国内飞机空气导管的相关研究工作提供参考。

高温压力管道过热探测与试验研究

在分析现有民用飞机空气导管过热探测系统工作原理的基础上,指出飞机空气导管过热探测系统的不足。基于热敏材料特性和组合电路,设计了一种高温压力管道过热探测系统及方法,实现了对高温压力管路的过热报警并定位的功能,并提出了相应的优化方案。通过搭建管道过热探测试验台,对设计的方案进行了试验验证,并考察过热段长度及管内气体温度对探测系统响应时间的影响。研究结果表明:探测系统的响应时间随着管道内气体的温度升高而减少,但当管内温度达到一定值时,响应时间几乎保持不变。同时,探测系统的响应时间随着过热段的长度增加而减少。

不同结构三通内冷热水混流特性的数值仿真

针对三通管中冷热水混流形成的热波动现象容易诱发管道的热疲劳,进而导致部件失效的问题,研究不同结构对三通管冷热水混流特性的影响.利用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法对不同管径比和不同支管角度模型进行数值仿真.结果表明:支管入流在主管流动压迫下发生折转,从而在支管背流面上部形成涡旋,造成上壁面热波动较下壁面明显;当管径比增大时,在涡旋下通道主管流体流动有效面积减小,冷热流体混流后的热波动程度减弱,需要的掺混区域变长;当支管角度减小时,涡旋逐渐减弱,冷热流体混流后的热波动程度减弱,需要的掺混区域同样变长.

基于共轭传热计算的换热器热应力分析

次级换热器属于机载环控系统的主要附件,负责冷却涡轮压气机后的高温高压空气。为了分析某次级换热器服役过程中产生的热应力,首先对其传热与流动进行数值模拟,建模时针对产品的结构特点划分为周期性单元及侧板单元两类计算模型,并提出将周期性单元的周期边界结果传递到侧板单元中作为约束条件的数值模拟策略,通过侧板单元中的共轭传热计算得到了结构上的温度分布;然后对换热器整体进行分析,在侧板结构上加载所获取的温度场结果并设置其他约束条件得出热应力分布。对比实验数据发现,数值模拟结果误差均在10%以内,共轭传热数值模拟策略在航空换热器热应力分析中的有效性得到了验证。

三通管内冷热掺混流动下的温度场预测

对三通管内冷热水的掺混流动过程进行试验研究,得到在30℃温差、不同进口流量比条件下掺混流域的温度场数据;提出基于BP神经网络的温度场预测模型,并将预测结果与实测数据进行对比。结果表明:掺混流域温度场特性的预测结果与试验数据吻合度较高,对温度振荡功率谱密度的分析也得到同样的结果,这对进一步研究管道热波动引起的管道热应力,以及进行管道热疲劳分析与寿命评估具有指导意义。

应急柴油发电机冷却风机结构优化设计

研究核电厂普遍存在的应急柴油机发电机组冷却系统风机振动问题,由于剧烈的振动会使一些零部件受损或者产生疲劳破坏,不能保障设备安全运行。为了解决振动故障,以某核电站某型柴油机组冷却风机为例,提出采用有限体积法进行了模态分析,并开展了模态试验;指出风机振动过大的原因,同时设计减振优化方案。通过对比分析计算结果与试验数据,发现风机设备存在共振导致振幅过大,而实施优化后,电机非驱动端水平方向振动速度有效值由优化前的14.4mm/s降至4.15mm/s。结果表明,设计的优化方案增强了设备刚度,起到了减振效果。

新型三元催化器特性的试验研究与数值仿真

三元催化器是汽车必不可少的设备之一,它将汽车排放的尾气转变为无毒无害的气体,大大减少了尾气对大气的污染。在研究传统直通型三元催化器流阻的基础上,基于FLUENT仿真模拟对一种采用金属载体的新型三元催化器结构(旁通型三元催化器)流阻进行研究,最后结合压力损失试验进行验证,并和传统直通型三元催化器对比分析后,得出如下结论:在相同进气流量及排气压力下,新型催化器的整体压降(流阻)要小于直通型三元催化器,同时新型三元催化器载体中的气流均匀性好于直通型三元催化器,表明新型三元催化器的气流特性优于直通型三元催化器,气流均匀性更好,压力损失更小,有利于提高催化器的催化效率,延长催化器的使用寿命。

T型三通管冷热流体掺混数值模拟

针对T型三通管冷热流体掺混现象经常引发管道热疲劳甚至部件失效的问题,基于FLUENT混合雷诺平均N-S方程(Reynolds averaged N-S equations,RANS)和大涡模拟(large eddysimulation,LES)方法,对其管内冷热流体掺混问题进行仿真模拟。对划分的LES和RANS计算域分别采用壁面模拟LES(wall-modeled LES,WMLES)和k-ωSST模型进行计算,并将数值模拟结果与实验数据进行对比。分析功率谱密度(power spectral density,PSD),预测管内冷热流体掺混过程的热疲劳敏感位置,结果表明:数值模拟预测结果与实验数据吻合度较高,热疲劳敏感位置也与实际情况相符合。混合RANS-LES方法适用于T型三通管冷热流体掺混问题研究。

核电站主控室气流舒适性控制研究

研究核电站主控室气流舒适性控制问题,由于主控室原空气调节系统的设计布置问题,实际运行中室内气流难以控制,导致了主控室内温度低、人员舒适性差。为了精确控制温度提高人员舒适性,减小人为操作失误率,提出一种采用有限体积法对主控室内气流组织和人员舒适性进行仿真研究的方法。首先通过建模仿真分析原有系统的不足和缺点,然后提出三种治理方案,对各治理方案的有效性进行对比分析,得到了优选的治理方案,并进行了实测验证,验证了仿真方法的正确性和治理方案的可行性。仿真结果表明:在满足新鲜空气置换要求的前提下,适当关闭送风口可有效提高主控室内人员舒适性,方法简单易行、避免了系统改造带来潜在安全风险,可靠性高,是目前最佳治理方案。

基于ELES方法的T型三通管掺混特性研究

三通管内冷热水掺混过程会使管道近壁面承受周期性热波动,诱发管道穿透裂纹,进而造成管道热疲劳失效。为研究三通管内冷热水掺混特性,基于嵌入式大涡模拟(ELES)方法对三通管内冷热掺混过程进行了数值仿真,包括对不同动量比工况下的流场、温度场进行了模拟计算,计算结果表明:支管流体在主管流体的压迫下,流动方向发生偏折,在支管背流面形成了大小不一的涡旋,随着动量比的不断减小,涡旋区域不断扩大,涡旋的大小也逐渐增大;随着动量比减小,冷热水掺混进行的更加剧烈,掺混区域变短;对温度波动绘制了功率谱密度图,主频率集中在10Hz以下范围内。

某核电厂风冷器对称排列子风机共振特性

针对某在建核电厂6 000 k W级大型柴油发电机组风冷器的轴流风机振动超标缺陷,研究并治理风机振动故障。通过振动测量与频谱分析,发现子风机体的主要振动频谱成分为12.5 Hz,对应风机的旋转频率12.33 Hz。对风机-支承系统进行模态测量与模态分析可知,12.5 Hz的振动分量接近风机-支承系统的第二阶固有频率13.6 Hz。研究认为导致风机振动超标的主要原因是支承刚度偏低,且风机旋转频率附近存在结构性共振。风机运行过程中振动剧烈并出现周期性振动波动现象,当风机由单机运行工况切换至风机组整体运行工况后,振动频谱中12.5 Hz分量的幅值显著增大。采取简单加固措施提高支承刚度后,风机的振动水平降至标准限值内。

基于空气绝热的飞机空气导管绝热设计

在分析现有飞机泄漏探测系统性能的基础上,提出了一种基于多层绝热的飞机空气导管泄漏探测结构.推导了该种多层绝热的工程计算方法,并对不同管径的导管进行了绝热层设计计算.其次,为了验证该计算方法的准确性,搭建了高温压力管道空气绝热试验平台,获得了不同温度下空气绝热层的外表面温度.同时,采用数值分析方法进一步考察了导流洞数量及导流洞直径对绝热设计计算的影响.最后,根据导流洞对绝热设计的影响进行了结构优化.研究结果表明:该结构与传统的泄漏探测系统相比具有对泄漏的高温气流具有快速导流作用,保证泄漏探测系统能及时探测到泄漏信号并作出报警响应;绝热层外表面温度的计算值比试验值偏大,最大误差为23.08%.随着导流洞孔径和个数的增加,绝热层外表面的平均温度减少,并且导流洞个数的增加对绝热层外表面温度的影响较大.该研究结果为飞机空气导管的国产化提供参考依据.

某核电厂电动远传隔离阀失效分析与试验研究

对某压水堆核电厂电动远传隔离阀故障进行原因分析及治理。通过金相试验与现场实测阀门相关性能曲线,诊断隔离阀电动头离合器托板断裂的直接原因是电机多次启停造成的反复冲击载荷,根本原因是隔离阀系统部件间不匹配。理论分析并试验验证了增大驱动力矩、减小阻力矩等改进措施的可行性与有效性。试验还发现当电动头输出转速减半后,阀门动作过程中的平均摩擦力降低约30%;压盖紧固力矩减半后,阀门动作过程中的平均摩擦力降低约50%。

核电厂上充泵汽蚀诊断及整治研究

研究压水堆核电厂卧式12级单吸中开筒袋式离心上充泵(RHM100-205.12)汽蚀的典型振动特征、产生原因及解决方案。上充泵上充工况运行时存在异常振动波动且波动幅度超过国标规定的报警值。监测发现上充泵的振动时域信号中存在明显瞬间冲击,频域信号中存在叶片通过频率等谐波分量与宽带噪声,诊断首级叶轮处产生汽蚀,大修解体检查确认首级导叶顶部叶片前缘处被汽蚀严重破坏。上充泵汽蚀的产生,主要原因是汽蚀安全余量k值偏小。现场试验表明改变首级导叶叶片前缘与叶轮叶片尾缘间径向间隙能极大影响汽蚀程度,可用于提高k值。将间隙扩大1 mm后,汽蚀破坏显著改善。研究表明:监测RHM型上充泵入口侧垂直方向振动测点的典型振动特征可简易诊断汽蚀故障;扩大首级导叶叶片与叶轮叶片间径向间隙能有效缓解汽蚀。

大型板式换热器流体阻力特性试验研究

测试大型液-液无相变人字板式换热器不同板型、不同板片数样机的流体阻力性能,研究准则方程式法计算换热器压降与实测压降的关系。利用大型流体阻力测试装置搭建试验台,根据国标要求测试板片数分别为7片和99片,板型分别为高效-高效型、低效-低效型、高效-低效型时样机的流体阻力特性,结果显示样机板型不变板片数增多时,压降随流量增大而增加;样机板片数不变仅板型不同时,压降比基本稳定。实测某国产大型混装人字板式换热器不同流量下的压降,并与不同样机所得欧拉-雷诺准则方程计算的理论压降进行比较,发现样机板片数为7片时偏差大且不稳定;样机板片数为99片时,偏差小且稳定。偏差来源于板片间流速的不均匀分布,样机板片数与产品实际板片数相差太多时,不适于用雷诺-欧拉准则方法计算理论压降。

基于场协同原理的换热器控制过程研究

基于场协同原理,评价不同调节方式下换热器控制过程的过渡品质。通过建立板式换热器的动态特性数学模型并进行数值仿真计算,模拟不同调节方式下板式换热器的动态过渡过程,然后基于换热器自组织能力系数,将温差场均匀性因子的变化量与过渡时间相结合,用以评价不同调节方式下换热器控制过程过渡品质的优劣。结果发现指数调节方式下目标流体的出口温度偏差最小,过渡时间最短,场协同效果最优,线性调节方式次之,阶跃调节方式最差。

换热通道排布对三股流换热器换热性能的影响

多股流板翅式换热器根据需要布置成不同的通道排列形式，可由一股或几股冷（热）流体同时冷却（an热）其他一股或几股热（冷）流体，从而起到多台两股流换热器或换热网络的作用。多股流板翅式换热器换通道分配、排列是否合理，直接决定着板翅式换热器的性能与经济指标。近年来，对板翅式换热器的研究主要集中在翅片结构尺寸及翅片的形式，对换热通道的研究甚少。AspenPlus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统，主要用于化工设计领域。AspenMUSE是嵌入其中的专业板翅式换热器计算模块，按照标准通道分布来计算换热器，其适用于IN股及多股流体的设计、模拟及校核。目前相比CFD仿真计算方法，AspenMUSE软件可以模拟实际尺寸下的换热器的换热情况，可以得到各股流体出口平均温度及流体沿流动方向的平均温度分布。但是AspenMUSE软件也存在缺陷，无法得到各股流体温度出口及沿程温度分布的云图，即无法知道温度分布的均匀性。而采用CFD的方法，由于翅片结构尺寸与换热器的实际尺寸的有效长度、有效宽度相比很小，则网格数量非常庞大，不利于计算，所以只能得到简化模型下的各流体温度场分布，虽然采用CFD的方法不能得到换热器实际尺寸下各流体温度分布，但它解决了AspenMUSE软件中无法解决的温度分布均匀性问题。所以本文采用了CFD仿真计算和AspenMUSE软件计算的两种方法，利用各自优点，对不同通道排列的换热器进行仿真模拟。

航空换热器性能劣化影响因素及作用机制

广泛应用在石化、电厂、冶金、航空航天、汽车、建筑等多个工程领域中的热交换器设备极大地提高了工业上对热能的利用率;作为热量交换的场所,换热器在两种或多种具有不同温度的换热介质间进行热量传递的过程中扮演了至关重要的角色,并起到了包括制冷、干燥、提纯、余热利用等在内的多种功用。尽管换热器有着所述的大规模应用普及,相关使用经验表明,服役期间内换热器设备出现的性能劣化及失效的情况仍然层出不穷。