基于ANSYS的大型屏蔽电机泵转子系统建模及动力学分析

基于ANSYS建立了大型屏蔽电机泵转子系统的有限元模型,通过模态分析和谐响应分析研究了陀螺效应对转子系统临界转速和质量不平衡响应的影响。分析结果表明:陀螺效应对临界转速计算结果影响较大,转子动力学分析时应考虑陀螺效应;考虑陀螺效应后,转子系统临界转速大于设计临界转速;各测点质量不平衡响应一次共振峰值小于横向振动设计限制;叶轮中心和上、下飞轮中心振幅远大于其它位置振幅,为易振动部位,实际运行中应重点选择这些位置进行振动监控。

大型屏蔽电机泵转子系统的建模及临界转速计算

建立了大型屏蔽电机泵转子系统的集总参数模型,并采用Riccati传递矩阵法对转子系统的临界转速及振型进行了计算。计算结果表明:(1)采用Riccati传递矩阵法编制的转子系统临界转速求解程序计算稳定,计算精度足够高;(2)大型屏蔽电机泵转子系统的临界转速为设计超速的1.2倍,能够有效避开工作转速,设计裕量足够;(3)在正常工作下,转子系统上、下飞轮处为振动敏感部位,应重点监测,以免和承压壳体发生碰磨。

屏蔽电机泵转子动力学特性分析

根据屏蔽电机泵转子的特点，建立了转子动力学分析模型，分析了转子动力学特性，讨论了不同边界条件对转子固有频率的影响，进一步详细评估了其中间隙环流的影响。

几何和环境因素对屏蔽电机主泵推力轴承润滑性能的影响

为在设计时更准确把握屏蔽电机主泵推力轴承的使用效果,掌握不同几何和环境因素对推力轴承润滑性能的影响规律,对屏蔽电机主泵推力轴承的工况和结构进行分析,建立推力轴承润滑性能计算模型,在算法上对求解方法进行实现,并通过理论计算分析了径向偏支系数、瓦块数、润滑剂、供油温度以及轴线倾斜角度等几何和环境参数对主泵推力轴承润滑性能的影响.研究结果表明:径向偏支系数对最小油膜厚度、温升、功耗影响较大;采用6扇瓦块时的流量是8扇瓦块的1.73倍,采用8扇瓦块时的功耗是6扇瓦块的1.85倍;水润滑时的润滑性能值较油润滑时均有明显降低;改变供油温度,对推力轴承的润滑性能影响明显;轴线倾斜后,推力轴承的最小油膜厚度变小,温升增大,流量减小,功耗减小,其中最小油膜厚度减小的幅度较大;在设计时径向偏支系数的选取很重要,从降低轴承功耗的角度,采用6扇瓦块的结构比8扇瓦块有优势,采用水润滑可以大大降低轴承的温升和功耗.

核主泵屏蔽电机温度场研究

核主泵屏蔽电机是核电站的重要组成部分,其安全稳定的运行对核岛一次回路系统来说非常重要。针对核主泵屏蔽电机内发热与冷却的复杂性以及核主泵屏蔽电机工作在高温高压条件下的特点,以一台5 500 kW核主泵屏蔽电机为例,根据流体力学及传热学理论,建立三维流体场与三维温度场耦合的求解域物理模型,采用有限体积法计算额定工况下电机的温度分布。通过计算揭示了核主泵屏蔽电机内温度的分布规律,并分析了其原因,可为核主泵屏蔽电机的冷却结构设计以及更大容量核主泵屏蔽电机温度场的准确计算提供理论依据。

屏蔽电机主泵惯性飞轮完整性分析

针对屏蔽电机主泵惯性飞轮完整性问题,采用解析法以及有限元软件ANSYS对屏蔽电机主泵飞轮在额定转速以及设计转速下进行结构完整性研究.从结构强度和断裂力学两方面对飞轮进行了分析.结果表明:在额定及设计转速下能够保证飞轮结构的完整性,并通过解析分析结果与有限元分析结果的对比表明分析结果可信.

非确定因素对小堆用核主泵电机温升敏感性研究

核主泵屏蔽电机绕组和一次水温升计算准确性直接关系到电机寿命及轴承运行安全性。该文研究的小堆用核主泵屏蔽电机定子绕组上下端腔间的机壳外绕了螺旋管换热器。基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,求解热态额定工况下的三维RANS湍流模型及其他守恒方程,研究了绕组绝缘峰值、机壳等固体及定转子间隙水、下导轴承润滑水温升随具有不确定性的等效绝缘热导率、铁心叠片轴向热导率数值及二次水入口温度变化的敏感性,通过与试验数据比较及经验,基本确定热导率的数值。结果表明:除定子绝缘峰值温度,其他固、液体的温度对等效绝缘热导率与定转子铁心叠片轴向热导率变化基本不敏感,而对二次冷却水入口温度变化较敏感。为同类电机的水冷设计提供参考。

电源频率变化对屏蔽式主泵电机性能影响及其设计调整分析

分析电源频率变化对屏蔽式主泵电机性能的影响,以及供电电源频率变化较大时的电机设计调整。通过将某60 Hz电机方案调整成50 Hz方案,采用有限元分析方法对2种方案电机的性能进行仿真计算,得到了2种方案电机的相关性能参数。

屏蔽电机主泵双金属飞轮飞射物对承压边界完整性破坏作用

目的掌握反应堆冷却剂泵双金属飞轮飞射物对承压边界完整性的影响规律。方法基于ANSYS/LS-DYNA对飞轮保持环失效后钨合金块与承压边界的碰撞过程进行分析,模拟承压边界在重要因素(电机壳厚度、钨合金块数)的影响下对飞轮飞射物的包容过程。结果在保持飞射物入射初速度不变的情况下,当电机壳厚度小于118 mm时,发生非包容性失效。改变钨合金块数(4、8、12、16块),可以发现钨合金块数越多,飞射物对承压边界施加的破坏能量就越小。结论增加电机壳厚度、钨合金块数有利于承压边界能够很好地包容住所有飞射物。该研究成果对屏蔽电机主泵惰转飞轮的可靠性设计具有重要意义。

屏蔽电机主泵(冷却剂循环泵)试验回路的技术消化吸收

本文介绍屏蔽电机主泵(冷却剂循环泵)试验回路在技术引进历程中对技术的消化处理和吸收,分析了试验回路的主要结构特点、试验回路设计中的考虑因素、试验项目等。

核电屏蔽电机主泵大惯量飞轮技术

根据大惯量飞轮应力强度需满足要求,以确保反应堆的安全的要求。分别采用解析分析方法与有限元分析方法,对额定转速及设计转速工况下飞轮的一次应力进行计算分析,并对分析结果进行评定,结果表明飞轮的一次应力强度满足规范要求。两种方法的分析结果一致,论证了飞轮的一次应力分析结果是切实可行的。

核电站屏蔽电机主泵故障分析及监测系统改进建议

主泵是核电厂的关键设备,其稳定可靠地运行对提高核电厂的安全性、可靠性有着重要意义。近年来,国内核电站开始使用屏蔽电机主泵。然而,核电站仅采用单参数阈值监测的方式对屏蔽电机主泵进行监测,不能满足故障诊断的需要。为此,在对屏蔽电机主泵典型故障进行分析的基础上,根据核电厂的实际需求,对监测系统提出了改进建议。

核主泵屏蔽电机推力轴承套筒密封环数值分析与优化

基于标准k-ε湍流模型和Navier-Stokes方程对核主泵屏蔽电机下飞轮区域进行数值模拟,研究了两种推力轴承套筒密封环结构的瞬态流动特征,得到速度、损耗以及压力脉动等结果。计算表明,新密封结构可以有效的改善冷却水流动,减少压力脉动影响。为核电站主泵电机推力轴承套筒设计和优化提供了有益的参考。

屏蔽电机定子齿压板局部温升过高分析

主泵屏蔽电机是化工厂以及核电站的重要组成部分,主要用来运送高温、高压、毒性、腐蚀性、放射性的液体,其安全稳定的运行对化工厂及核电站回路系统非常重要。针对主泵屏蔽电机内发热与冷却的复杂性以及工作在密封高温条件下的特点,以一台5 000 kW主泵屏蔽电机为例,采用温度场基本理论,用有限体积法对其端部齿压板和锥形环的温升进行数值计算,找到了工厂实验过程中电机端部温升过高的原因。结合电磁场分析结果,通过改进齿压板结构,给出了新型齿压板与锥形环的连接方案,从而解决了电机端部温升过高的问题,为更大容量主泵屏蔽电机温度场的准确计算提供理论和实践依据。

美国化工用无密封泵(磁力泵和屏蔽泵)标准解读

美国化工流程泵标准ASME B73是美国机械工程学会(ASME)编制的一组重要标准,从1962年作为志愿者标准刊行以来几经补充修改,条文详尽具体,数据准确可靠,现在已被国外化工流程泵制造业普遍接受而成为化工泵设计、制造、采购、贸易谈判中依据的重要技术文件。本文介绍的是其中之一——化工流程用无密封卧式轴向吸入式金属离心泵标准(2003年版)(标准号ASME B73.3-2003)的要点。

屏蔽主泵贫铀飞轮完整性分析

为避免反应堆紧急停堆或断电事故中堆芯损坏,需要在屏蔽主泵电机上安装储能飞轮,为使其在有限的空间内产生较大的转动惯量,屏蔽主泵飞轮材料采用高密度贫铀合金金属材料。本文主要对贫铀飞轮的完整性进行了研究,从应力强度和断裂力学两方面对贫铀飞轮进行了分析,结果表明:在设计和额定转速下飞轮的应力强度和断裂强度因子满足设计规范的要求,并通过解析分析结果与有限元分析结果的对比表明应力分析结果合理可信。

并联立式屏蔽电机主泵流动特性数值研究

以缩比系数为1∶4的立式屏蔽电机反应堆主冷却剂循环泵(简称主泵)为研究对象,建立2台并联主泵反向旋转(模型1)和同向旋转(模型2)2种几何模型;运用计算流体力学(CFD)方法对2种模型的并联主泵内部流场进行稳态运行计算,从主泵的外特性、进口流动特性、入流品质、管内压力分布方面对模型1和模型2进行对比分析。结果表明,模型1中A、B主泵性能基本一致;模型2中A、B主泵的流量相对偏差基本在0.8%以内,最大值达到1.69%,扬程相对偏差稳定在1%以内,效率和轴功率相对偏差最大值分别达到6%和8%;模型2相对模型1流动稳定性更好、入流品质更高、管内压力分布较低,有利于设备的长期运行。

水润滑轴承磨损寿命预测校正试验载荷的磁力模拟研究

为给屏蔽电机核主泵水润滑半尺寸轴承磨损寿命试验提供载荷环境,研制了一套轴向载荷磁力模拟装置,并研究该装置单独的磁力特性和磁液耦合下接口特性或服役性能。以磨损质量为寿命评估的关键参数,构建了核主泵水润滑轴承磨损寿命预测-校正试验方案,分析了该试验方案载荷需求。采用独立公理的设计思想,得到了静态加载和动态激振功能独立的电磁加载系统结构方案。对该方案单独的磁力特性进行仿真分析和试验验证,采用转子-轴承-加载装置系统动力学模型分析磁液复合特性。研究结果表明:该装置单独工作时可实现静态加载10t、脉冲以及谐波动态激振功能,供电电流相同时磁液复合作用下装置的磁力服役值小于非复合下的磁力值,磁液耦合效应应该作为电磁加载装置设计的重要考虑因素。

AP1000主泵飞轮及水润滑轴承研究

根据理论推导和对屏蔽电机主泵的设计、运行和故障处理经验,计算分析浸水重金属飞轮的摩擦损耗。按照双向中心支承推力轴承的摩擦学设计原理,分析重金属飞轮对先进非能动压水堆(AP1000)屏蔽电机主泵的影响。

在役AP1000主泵锁紧杯断裂故障原因分析

三门核电厂2号机组首循环连续运行期间,发生了大型屏蔽电机主泵故障事件,导致机组停运。为分析主泵故障发生的原因,基于故障特点和原因分析方法论,制定了主泵故障排查的根本原因分析方法;通过排查主泵制造记录、评估现场运行数据、拆检取证、设计分析与试验验证、根本原因分析评估,最终确认主泵故障原因是下推力盘锁紧杯受周围流场流体激励作用发生局部共振,初始缺陷在共振作用下持续扩展并最终导致锁紧杯断裂,进而磨穿主泵屏蔽套并导致主泵故障。本研究建立的根本原因分析方法可为同类问题的原因分析和问题处理提供参考。