Influence of the Impeller/Guide Vane Clearance Ratio on the Performances of a Nuclear Reactor Coolant Pump

An AP1000 nuclear reactor coolant pump is considered to assess the influence of the Impeller/Guide vane clearance on the performances of this type of pumps.Experiments and numerical simulations relying on an unidirectional fluid-solid coupling approach are used to investigate the problem(stress,strain and mode of the rotor).The results reveal the relationship existing between the hydraulic performance of the nuclear reactor coolant pump and the clearance ratio.The effect of clearance ratio on the maximum equivalent stress on the back surface of the impeller blade is greater than that on the working surface(the maximum equivalent stress on the back surface of impeller blade is about three times that on the working surface).The clearance ratio has a scarce effect on the first six natural frequencies of the rotor of the nuclear reactor coolant pump.The related vibrational modes have different waveforms.

核主泵屏蔽套近无缺陷激光焊接技术

针对我国AP1000核主泵屏蔽套焊接过程存在的问题,提出一种近无缺陷激光焊接技术,实现屏蔽套材料Hastelloy C-276的优良焊接成形。分析激光焊接过程对材料微观组织的影响规律,评价核主泵温度条件下焊接接头拉伸性能;研究焊缝在酸碱盐中的电化学腐蚀行为,评价焊缝耐腐蚀性能。通过有限元法计算屏蔽套焊接变形特征,揭示横向收缩变形对制造精度的影响。结果表明,所提出的脉冲激光焊接技术可以实现核主泵屏蔽套材料的优良焊接成形,焊缝处无明显焊接缺陷;在核主泵温度条件下,焊接接头力学性能与母材基本相当,可以保证长使役可靠性;焊缝在中性及酸性环境下,腐蚀性能均优于母材,提升了焊缝的可靠性。通过模拟计算发现激光焊接会导致焊接样件发生横向收缩变形,但该变形大小仅为屏蔽套制造精度的1/10,焊接精度完全满足屏蔽套制造要求。

二次胀形工艺对核主泵转子屏蔽套上环状鼓包的治理能力分析

提出了采用二次胀形的办法解决焊接后屏蔽套上存在环缺陷这一问题。采用有限元软件MSC.Marc建立了核主泵转子屏蔽套二次胀形过程的二维轴对称有限元模型,利用上述模型模拟了带有环状鼓包的转子屏蔽套二次胀形过程,计算了带有环状鼓包的转子屏蔽套在第1次胀形和第2次胀形后的位移场和应力场分布,预测了第1次胀形及第2次胀形后带有鼓包的屏蔽套的半径分布,并与单次胀形工艺对相同屏蔽套的治理结果进行了对比,结果表明二次胀形工艺可以有效治理屏蔽套上的环状鼓包,且二次胀形对环状鼓包的治理能力优于单次胀形工艺。

第三代核主泵屏蔽电机的关键部件金属材料国产化综述

材料的国产化是设备国产化的基础,第三代核主泵屏蔽电机部分兲键材料在国内均为首次制造,能否实现国产化将会成为制约主泵电机国产化的瓶颈问题。为推迚主泵电机兲键材料的国产化迚程,同时满足后续项目的需求,依托国家科技重大专项,对部分兲键材料的国产化研究迚行了专项立项研究,取得了突破性的迚展。通过与联合单位的合作,迚行了材料试制及试验研究,实现了屏蔽套、电机轴,飞轮护环,高强度支撑筒及推力盘等兲键部件材料的国产化制造,为核主泵电机的国产化奠定了材料基础。本文主要论述了国家重大专项立项研究的兲键部件金属材料国产化情况。

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。

CAP1400屏蔽电机主泵高效水力模型研发

大型三代先进压水堆核电站最后一个难度最大的重大装备CAP1400大功率屏蔽电机主泵正在国产化研制,关键水力部件叶轮和导叶的水力设计是核主泵科学研究中的一项重点也是难点。基于前期相关研究基础,研发设计比转速约105的混流式缩尺(1∶2.5)高效水力模型,探讨模型建立、参数化水力设计、CFD数值计算与水力性能优化、模型试验与性能分析;针对最优效率点和流动损失进行探讨,给出多重约束下高效叶轮和导叶设计建议。模型试验得到水力模型设计点效率为84.92%、性能曲线变化平缓、运行范围内效率高、且汽蚀性能良好;换算到真机工况效率达到88.3%。该水力模型成为重大专项CAP1400屏蔽电机主泵水力部件采纳的设计方案之一,为后续核主泵水力部件的高性能设计、工程应用提供重要借鉴和原始技术积累。

核反应堆冷却泵屏蔽式感应电机屏蔽套涡流损耗分析与计算

屏蔽套涡流损耗的传统解析计算方法由于假设过多而存在较大的误差,文章通过对核反应堆冷却泵内屏蔽式感应电机结构的分析,从电磁场涡流理论出发,结合有限元法推导出屏蔽套涡流损耗表达式,建立了二维涡流场数学模型,对屏蔽套涡流损耗进行了分析与计算。为准确得到屏蔽套涡流损耗结果,仿真结果经傅里叶时域变换后再进行计算,通过与传统解析计算方法及实验数据比较,验证了有限元方法在屏蔽套涡流损耗计算中的准确性。结果表明,屏蔽套电磁涡流损耗占核反应堆冷却泵屏蔽式感应电机总损耗的43.46%,为核反应堆冷却泵屏蔽式感应电机的设计和性能分析提供了有利的技术支撑。

AMEsim Based Simulation on Hydraulic Experiment Rig for Assembly of Stator Components

A hydraulic experimental platform for the assembly of stator components was developed,and the simulation on this system was performed based on software AMEsim.Characteristics of the system,such as the pressure and the displacement,were analyzed.The results guide design of the hydraulic system of experiment platform for the assembly of the stator.

核主泵屏蔽套用薄板激光焊接应力和变形的多场协同调控数值模拟

为了揭示核主泵屏蔽套用Hastelloy C-276薄板脉冲激光焊接的热力学行为,借助ANSYS软件建立了三维有限元模型。实验测量了焊接温度历程和残余变形,验证了所建立有限元模型的可靠性。基于验证的有限元模型,采用改变焊接过程中的夹具拘束和随焊激冷等多场调控参数的方法,进一步研究了夹具拘束距离、激冷位置以及激冷强度对Hastelloy C-276薄板焊接纵向残余应力和横向收缩变形的影响规律。结果表明,温度历程和残余变形的模拟结果与实验结果吻合较好;多场调控参数对焊接纵向残余应力和横向收缩变形的分布和大小有显著影响。鉴于焊接纵向残余应力和横向收缩变形是影响核主泵屏蔽套周长尺寸精度、整体稳定性以及超长使役的关键因素,确定了既降低横向收缩变形又兼顾纵向残余应力尽量小的合理多场调控参数是夹具拘束距离为12 mm,激冷位置为6 mm以及激冷强度为12500 W/(m^2·K)。