屏蔽式核主泵动静转子间的压力脉动特性

为了研究屏蔽式核主泵动静转子间的压力脉动特征,应用数值模拟方法,采用分离涡模拟(DES),对模型泵不同流量工况进行非定常计算,分析其时域特征和频域特征,得到了其压力脉动特性。结果表明:核主泵模型泵动静转子之间压力脉动的频率为叶频及其倍频,这是由于叶轮出口边的射流尾迹与导叶入口边周期性的相互切割作用引起的。压力脉动的波动幅度在蜗壳出口处最大,且沿逆时针方向逐渐减弱;在小流量下较小,随着流量增大,其波动幅度增大。动静转子间存在低压流体区域,其数量与叶轮叶片数相同,传播速度与叶轮转速相同。

屏蔽式核主泵进出口压力脉动特性

为研究屏蔽式核主泵进出口的压力脉动特征,应用数值模拟的方法,采用分离涡模型,分析了其时域特征和频域特征,得到了进出口处的压力脉动特性。结果表明,入口处的压力脉动呈现出明显的周期性,主要由转轮叶频决定,并且进口管道中心的脉动幅度小于管道两侧的脉动幅值。出口处的压力脉动频率比入口处的压力脉动频率复杂,包含叶频、叶频倍频、轴频和轴频半频,这是因为出口的脉动由动静叶片的干涉、导叶内的回流、蜗壳内流体的脱流作用造成。

屏蔽式核主泵水润滑可倾瓦推力轴承推力盘的离心效应

屏蔽式核主泵避免了动密封问题,同时主泵中水润滑可倾瓦推力轴承有着尺寸大、推力盘转动惯量高、离心效应明显的特点。针对主泵中推力盘的结构特点及工况条件,基于有限元分析方法,建立考虑推力盘离心变形的可倾瓦推力轴承多场耦合计算模型。基于推力盘变形独立性探索了推力盘装配结构中两个关键间隙的设计参数:内轮毂端面与端面板直接接触,外套环与端面板之间留有间隙,屏蔽套与外套环之间应至少预留1.74 mm的间隙;探讨了推力盘装配结构对离心变形的影响:低转速下可倾瓦轴承可通过瓦块倾斜补偿推力盘变形,转速大于3600 r/min时推力盘变形迅速增大,极大增加润滑失效可能性;分析计算了不同结构尺寸下离心变形对推力轴承工作性能的影响:飞轮内轮毂凸沿外径的合理尺寸范围为0.63~0.67 m。

小破口失水工况下屏蔽泵轴系动力学分析

以屏蔽式核主泵的主要设计参数为依据,在对屏蔽式核主泵合理简化的基础上进行水力设计与三维模型建立。采用计算流体力学软件(CFX)对正常工况下、进口段小破口失水工况下和出口段小破口失水工况下的屏蔽式核主泵流场进行数值分析,计算叶轮受力与变形。将叶轮受力作为屏蔽式核主泵谐响应分析的输入载荷,分析屏蔽式核主泵轴系的振动情况。计算结果表明:由于进口段破口导致冷却剂流失,叶轮受力、核主泵轴系振幅大幅减小;出口段破口导致核主泵流量短时间内增加,致使叶轮受力略有增加,核主泵轴系振幅最大值仅有小幅增大。