三代压水堆核主泵关键部件制造及工艺研究进展

核主泵作为反应堆冷却剂系统中唯一高速旋转的设备,其正常运行对于整个核电站的安全至关重要.长期以来,核主泵制造的安全性与可靠性一直是中国核电技术发展的“卡脖子”难题.近年来,得益于国家对核电技术基础研究的大力投入,以及依托重大课题项目的推进,中国三代压水堆核主泵国产化进程在各个方面都取得了重大成果.文中从核主泵制造及工艺的角度,深入剖析叶轮、泵壳、定子、转子、屏蔽套、密封、轴承等关键部件的发展历程,并针对各部件的材料选择、加工、装配工艺、检测方法及技术体系等进行详细分析,总结了中国核主泵的制造进度及难点.最后,结合当前核主泵制造的现状,提出中国核主泵制造发展的相关建议,这对中国核电事业的国产化进程具有重要意义.

CAP1400核主泵叶轮动应力计算及疲劳寿命预测

为实现核主泵叶轮疲劳寿命预测,考虑叶轮高温高压的恶劣运行工况建立流-热-固耦合计算模型,应用ANSYS CFX软件对核主泵叶轮内部流动的压力载荷和温度载荷进行非定常数值计算,在ANSYS Workbench中实现载荷向结构的传递,并对叶轮动力响应疲劳载荷开展研究.利用雨流计数法对叶片危险部位的载荷数据进行统计分析,进一步结合Palmgren-Miner理论对核主泵叶轮的最小疲劳寿命周期进行预测.研究结果表明:叶轮在旋转过程中承受周期性交变应力的作用;叶轮叶片进、出口边与前、后盖板交接处容易发生内部应力集中,最大应力出现在叶片出口边与前盖板交接处,为142.57 MPa;叶片各危险部位承受应力波峰和波谷的时间基本一致;叶轮产生的疲劳为应力疲劳,疲劳破坏首先发生在叶片进口边与后盖板交接处;计算得到叶轮的疲劳寿命为277.94 a.研究结果可为叶轮的动态强度优化和疲劳设计提供一定参考.

压水堆主泵及液态金属泵转子动力学研究进展

核主泵是核电站的关键设备之一,也是反应堆冷却系统的唯一旋转机械设备,其稳定运转对整个反应堆的正常工作至关重要,因此,针对核反应堆主泵开展转子动力学研究,探究主泵转子部件的模态振型、固有频率和支撑系统的刚度阻尼、液膜厚度十分必要。以国内外有关压水堆主泵及液态金属泵的转子动力学研究为重点,围绕压水堆主泵、钠冷快堆主泵、熔盐堆主泵、铅冷快堆主泵4种核主泵类型,从核主泵及其转子部件的结构特点出发,对现阶段主泵导轴承润滑性能和主泵转子结构固有频率、模态分析、临界转速等转子动力学特性的研究进展进行综述和展望,以期对有关核主泵转子动力学特性的计算分析起到一定的借鉴和指导作用。

核主泵用机械密封摩擦学性能研究进展

核主泵是核电厂的核心元件,核主泵机械密封在其中起到防止介质泄漏的作用。当前,我国核主泵密封装置相关技术和产品受到国外垄断限制,核主泵摩擦副在运行状态下泄漏严重破坏核电系统的稳定运行和长周期服役,其摩擦学性能直接影响核主泵的运行性能。对于动压式核主泵机械密封,若没有处于完全液膜润滑状态,密封装置会出现异常磨损和泄漏率增大导致核主泵故障。针对核主泵摩擦副的液膜特性,从数学模型计算和软件仿真两方面分析。对温度场、速度场和应力场等进行分析,总结了密封环及副密封材料、端面热变形对摩擦学性能的影响,概述了端面形状的动压润滑机理及波度面、槽型结构和加工方法等因素对摩擦磨损的影响,为核主泵密封性能的提高和可靠运行提供理论基础。

M310机组RCP440-TB50型主泵振动分析

以某电站M310机组RCP440-TB50型反应堆冷却剂泵为研究对象,基于VC6000振动监测系统,对调试期间反应堆冷却剂泵出现的电机机架振动偏大、轴振动异常等振动相关问题进行分析研究,解决了相关振动缺陷,提高了设备运行安全性。

核主泵机械密封可靠性Bayes分析的适应性

机械密封的可靠性对核主泵的安全稳定运行具有重要影响。为解决无失效数据情形下核主泵机械密封的可靠度评估问题,分析大亚湾核主泵机械密封的运行数据,确定其可靠度分布,建立结合Bayes理论的可靠性分析模型,利用Monte Carlo法从确定的可靠度分布中仿真出无失效数据,探讨无失效数据场合下,先验分布为Beta分布时,分组数c的取值对E-Bayes估计与多层Bayes估计精度的影响。研究表明:分组数c<8时,优先选择多层Bayes估计;c>8,优先选择E-Bayes估计,c=8时,2种方法的平均相对误差均达到较低水平且多层Bayes估计更低一些。研究成果对无失效数据场合下基于Bayes理论的核主泵机械密封可靠性分析具有指导意义。

核主泵口环密封动力学特性数值研究

为了研究口环密封对核主泵转子动力学特性的影响,本文以“华龙一号”核主泵密封口环为研究对象,应用转子动力学理论,建立小扰动模型下的涡动转子动力学方程,基于CFD准稳态方法,对密封间隙域内部流场进行数值模拟,探究转速、压差及口环结构对转子动力学特性以其稳定性的影响。结果表明:转速和压差越大,涡动比对密封力的影响效果越显著,刚度系数、阻尼系数的绝对值呈增大趋势,转速对交叉刚度系数和交叉阻尼系数影响显著,平面密封和迷宫密封交叉刚度系数分别增加了6.92倍和4.13倍,交叉阻尼系数分别增加了15.4倍和6.25倍;压差对直接刚度系数影响明显,平面密封与迷宫密封直接刚度系数分别增加了6.2倍和9.1倍。同时迷宫密封对应的涡动系数Ω_(f)小于平面密封,稳定性优于平面密封结构。

核主泵水力优化技术与水力稳定性研究进展

随着人们对能源安全、环境保护和可持续发展的关注不断增加,核能作为一种清洁、高效的能源形式备受瞩目。核主泵作为核电站的重要组成部分,其水力性能的好坏关系到整个核电站是否能够长期安全稳定高效的运行。本文针对核主泵水力优化技术与水力稳定性的研究进展开展论述,介绍了核主泵水力性能的影响因素及其研究方法。以水力优化设计与压力脉动特性等方面为切入点深入探讨了核主泵水力优化技术与水力稳定性的研究现状,并简要介绍了核主泵压力脉动的形成原因;总结了已有的研究成果,并根据现有的研究基础展望了核主泵未来的技术发展趋势。

小型堆核主泵内部流动特性数值计算

为研究不同工况下小型堆核主泵内部流动情况,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟与试验相结合的方法,选取4种工况(0.6 Q d,0.8 Q d,1.0 Q d与1.2 Q d)进行内部流动特性分析,并选取具有典型意义的出口中心截面,以三维速度流线、速度分布云图、涡量分布云图等形式,对比考察了不同流量工况条件下泵内部流动规律及其变化趋势.通过分析叶轮与导叶之间的通道回转面压力、速度分布云图以及叶轮叶片与导叶叶片的叶片压力载荷曲线,解析了叶轮和导叶内部的流动分布和能量转换机制,从而为小型堆核主泵的水力优化设计提供直观认识.研究结果表明:在设计流量工况1.0 Q d下,小型堆核主泵内部流线平顺稳定,叶片工作面与背面压力载荷较稳定;在小流量工况0.6 Q d和0.8 Q d下,叶轮叶片上高压区增大;在大流量工况1.2 Q d运行时,泵内压力分布变化较大;试验结果与数值计算结果的一致性进一步验证了计算模型的准确性.研究结果不仅阐释了小型堆核主泵内部的流动特性,而且为小型堆核主泵的设计提供了一定的理论依据和应用指导.

特种汽车离合主泵无法建压故障的分析

针对某特种汽车离合主泵无法建压的故障,对活塞卡滞、油孔堵塞、主皮圈密封失效、管道损伤或膨胀、管道接口密封不良、离合系统正向排气不适用等问题进行逐一排查,从而得到离合主泵无法建压问题的主要原因。针对故障原因,制订了相应的解决措施。

阀冷主泵状态监测与故障诊断技术研究

为了进一步提高电网设备运维管理的支撑能力,建设了阀冷设备智能运维平台,研究了阀冷主泵状态监测与故障诊断技术。介绍了设备状态信号的准确获取技术。给出了能够反映主泵振动特性的测点。阐述了振动传感器的选型。通过对获取的振动信号进行时域和频域分析,得出主泵运行过程中振动超标形成的机理以及造成振动超标的原因。评估振动过程对泵系统中各部件造成的损伤,进而采取针对性措施减轻主泵运行过程中的振动,为阀冷主泵的维护和保养提供建议。研究了阀冷主泵在启停过程中的性能评估方法,提出了在瞬态工况下有效的数据采集处理方法。该研究实现了对阀冷设备状态的智能监测预警与故障诊断,对提高电网精益化管理水平、推动智能电网技术进步具有重要意义。

叶轮流道面积变化规律对核主泵水力性能的影响

为了研究叶轮流道面积的变化规律对核主泵水力性能的影响,基于全局结构化网格,采用SST k-ω湍流模型,对5组具有不同流道面积变化规律的模型泵进行定常数值计算,研究分析水力性能最优时流道面积沿流动方向的变化特征,并对最优方案进行试验验证。结果表明:最优方案模型泵效率的计算值仅比试验值高出0.22%,关于效率的预测精度较高;叶轮内的压力场随流道面积分布规律的变化而变化,但速度剖面始终保持高度相似,影响叶轮水力效率的主要因素是压力场的分布特征;在流道的进口和出口面积保持不变的前提下,流道面积沿流动方向增加的速率呈现先快后缓的变化趋势时,叶轮的水力效率最高,比先缓后快变化趋势的水力效率提高了0.81%;在流道入口处保持较大的面积梯度,并使面积梯度沿流动方向快速减小,有利于提高叶轮的水力效率。

某核电主泵变频器冷却系统高温异常处置分析

某AP1000核电厂主泵变频器冷却系统出现出口温度异常高的情况,影响了主泵变频器内隔离变压器和功率单元的冷却效果,可能导致变频器故障,进而造成主泵停运和核电机组跳堆风险,对核电机组的安全稳定运行造成严重挑战。通过对变频器冷却系统内特有的温度调节阀进行结构和动作原理的分析,同时对比了其他3台主泵变频器的参数变化,准确确定了主泵变频器冷却系统出口温度异常高的原因是温度调节阀故障,并成功处理了该故障。通过总结经验,为后续AP1000核电厂主泵变频器出现类似缺陷时的处理提供了借鉴。

“华龙一号”核主泵泵组转子轴向窜动量有限元分析

为了研究在自重、外部载荷和受热膨胀等因素下核主泵泵组相关部件对转子轴向窜动量的影响,通过建立某型号轴封型核主泵泵组的有限元分析模型,采用数值计算和试验验证相结合的方法对核主泵泵组的转子轴向窜动量进行了分析.研究结果表明:泵侧电动机支座和密封室区域之间的受热膨胀有利于核主泵机械密封自由补偿间隙,而电动机相关部件受外部载荷变形和受热变形较大,叠加转子自重变形和轴承设计游隙后总的轴向窜动量超过设计预期,将对核主泵泵组的正常运行产生负面影响;电动机转子部件的液压顶升试验结果与数值计算结果相吻合,验证了有限元分析计算结果的准确性;为了降低核主泵泵组转子的轴向窜动量,通过增加垫片和增大部分转子零件设计高度的方法对电动机推力轴承游隙和转子轴向窜动量进行了调整优化,并对调整优化后的核主泵泵组进行全流量试验验证,试验结果显示调整优化后的核主泵泵组转子轴向窜动量约为2.2 mm,试验过程中泵组各项性能指标运行稳定,符合设计预期.

核主泵轴系推力轴承复杂工况下的润滑性能分析

针对核主泵轴系工作时变载荷、润滑油水侵及转子倾斜等复杂工况,开展推力轴承的润滑性能研究;分析核主泵轴系推力轴承的结构和使用工况,建立推力轴承润滑性能的计算模型。针对核主泵运转过程中的变载荷工况,以不同载荷为输入参数,计算变载荷工况下推力轴承的最小油膜厚度、温升、摩擦力矩及功耗等润滑性能参数。针对润滑油水侵工况,选用含有质量分数1%海水的68号润滑油,分析润滑油混入空气中雾化海水时推力轴承的润滑性能。针对轴承转子倾斜工况,建立计入转子倾斜的推力轴承润滑性能计算模型,计算转子倾斜1′~20′时的润滑性能。研究结果表明:变载荷工况下最小油膜厚度随着载荷的增大而减小,在载荷为2000 kN时达到最小值;温升随着载荷的增大而增大,摩擦力矩及功耗均随载荷的增大而增大;海水入侵后润滑油的黏度会降低,从而影响轴承的承载能力;平衡块支撑结构对推力轴承有良好的均载效果,允许的轴线倾角可以达到10′。

氮气稳压对主泵运行的影响综述

随着小型模块反应堆的发展,氮气稳压方式得到广泛的关注和重视。通过对氮气稳压过程中的热力学分析,发现氮气稳压除具有体积小、结构简单、响应快速等优点外,使用氮气稳压的水循环在相等时间内补水泵启动补水的频率更小。基于国内外常规泵与核主泵两相流研究现状,从气泡析出、气泡迁移、气泡聚集以及对主泵性能影响等方面分析传统泵两相流与氮气稳压下的主泵两相流的区别。

扬程特性关联下矿井主泵排水智能控制方法研究

矿井下常常存在地下水渗积问题,通过控制主泵出水压力,能够有效地排除积水,保持井下环境相对干燥,增强煤矿地下环境的安全性。但由于矿井下的透水后压力负荷通常是不确定的,单纯以压力为传感信号的主泵排水控制的稳定性会受到较大影响,当前排水多以人工观测为主,排水控制智能化实现难度较大。提出一种扬程特性关联下矿井主泵排水智能控制方法。分析矿井下大功率变频式主泵的扬程特性(H-Q),获取变频式主泵排水压力和扬程特性(H-Q)之间的关系。利用这一关系作为传感信号,采用解耦补偿器和神经网络,利用神经网络在线调整比例、积分和微分(proportional integral derivative,PID)控制参数,组建大功率变频式主泵出水压力智能控制器,实现泵出水压力智能控制。通过实验分析证明,研究方法应用后在22 s左右矿井主泵达到最佳状态,过程中产生的相对误差均在0.5%以下。在多次迭代控制下,所提方法的控制延误始终低于0.1 ms。

主泵远程专家诊断与高辐射区监控研究

高辐射环境下的设备监控对于核电站的安全运行至关重要。本文研究探讨了在高辐射区域使用普通高清非耐辐射摄像头的可行性。通过改装遥控小车,将摄像头送入辐射环境,实现远程诊断和设备状态监测。测试显示,摄像头在50~60mSv/h辐射水平下,能够保持功能稳定,包括聚焦、变焦和图像稳定。此外,摄像头设计简化了操作界面,使非专业人员也能快速掌握使用方法,且摄像头的维护需求低,有助于减轻维护负担。远程监控系统的数据传输通过高速网络实现,确保了数据的实时性和安全性。

霞浦核电一回路主泵旁通流量函数优化

反应堆一回路冷却剂流量是重要保护参数。霞浦核电钠冷快堆机组一回路冷却剂流量通过主泵旁通流量计测得流量计算得出。本文介绍了一回路主泵旁通流量试验和数据收集过程,采取通道交叉比较方式对数据进行对比,对旁通流量计二次仪表进行调校,采集符合偏差要求的数据拟合出旁通流量-总流量函数关系,并对拟合函数的偏差、触发报警和停堆的裕量进行计算。优化后的函数满足偏差要求,不会导致报警和停堆误触发。

“华龙一号”核主泵导叶过流面的滚压工艺研究

核电站轴封主泵导叶过流面的滚压技术一直是国际技术难题,是核主泵制造的关键技术。文中介绍了“华龙一号”轴封主泵自主研发的导叶过流面滚压技术,采用流体静力学滚压工具配合多种非标刀杆,使用适合的滚压参数完成了导叶过流面的滚压,这种技术有效地提高了导叶的寿命及主泵的使用寿命,成功完成了此项技术的国产化,并应用于轴封式核主泵的制造。