“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.     

核主泵内部流动研究现状与技术发展综述

核主泵是反应堆冷却剂系统中唯一高速旋转设备,是影响核电厂安全性和可靠性的最关键设备,其长时间高效、稳定、安全地运行对防止核电厂事故的发生极为重要.近年来,随着全球核电工业高速发展,核主泵的重要性引起广泛关注.核主泵作为一回路承压边界的重要组成部分,在启停、地震、海啸等瞬态和异常工况下,或发生卡轴、轴密封泄漏以及失去外动力等事故时,核主泵驱动冷却剂的循环能力与反应堆释热之间的平衡遭到破坏,严重威胁堆芯安全.各种复杂工况下核主泵关键部件及其关联系统的复杂性和高安全性,是核主泵设计和制造难度极高的主要原因.针对核电技术的发展历程开展论述,介绍世界主要三代核电技术和中国三代核电建设和发展现状,介绍了中国独立自主三代核电技术“华龙一号”HPR1000和“国和一号”CAP1400,并以CAP系列核主泵为例简要介绍第三代压水堆系统和关键设备,介绍了2种典型无轴密封形式的核主泵:屏蔽电机核主泵和湿绕组核主泵.针对核主泵的水力优化设计、全特性、事故工况下水动力特性、气液两相流动、空化特性、流固耦合等内部流动研究现状开展论述.核主泵的安全可靠极为重要,核主泵设计加工制造也极具挑战.因此对核主泵内部流动基础理论和关键技术进行深入研究,突破国外的技术壁垒,掌握自主知识产权的核心技术和关键技术,实现核主泵技术的跨越式发展,是当前中国急待解决的“卡脖子”难题.     

核主泵紧急注入水供应系统结构的改进及试验

为了满足核主泵停机后的紧急注水需求,设计了1种核主泵用非能动紧急注入水供应装置,并对核主泵紧急注入水供应系统结构进行了改进.为验证该结构的可靠性,采用全流量试验台进行轴封注入水关闭试验,分别测试了在轴封注入水断失的情况下,有/无紧急注入水供应+主泵停机(工况A/B),和有紧急注入水水仙花 应+主泵不停机时(工况C)3种不同工况时轴封组件的温度.试验结果表明,安装射流泵后,轴封注入水断失时在主泵不停机情况下,应急注入水及时开启,使得轴封组件温度维持在70 ℃左右而未上升,有效地降低了密封组件温度.文中设计的射流泵装置提高了紧急注入水供应的可靠性,满足设计要求.     

300 MW轴封型核主泵循环油泵的数值模拟与试验研究

研究了300 MW轴封型核主泵循环油泵的螺旋轴流式叶轮结构功能和性能特点,对循环油泵过流部件的内部流动进行了三维数值模拟,并预测了油泵的水力性能,论证了螺旋轴流式叶轮和径向导叶设计及参数选取的合理性.通过对循环油泵在不同介质温度下的水力性能试验,分析不同油温下滑油黏度对水力性能的影响及其机理.结果表明:在大流量工况下,循环油泵性能的预测结果和试验结果具有较好的一致性;螺旋轴流式结构使循环油泵具有高抗汽蚀性能和高可靠性,但效率仅为10%左右;循环油泵的效率和扬程均随着温度的升高而升高,这是由于滑油黏度随温度升高而减小,叶轮的圆盘摩擦损失、叶轮和导叶流道内部的流动损失均明显减小;循环油泵的水力特性完全满足核主泵推力轴承滑油系统的的运行要求,研究结果可为润滑油系统的分析与设计提供依据.     

混流式核主泵导叶-壳体匹配水力特性

为了研究导叶与壳体之间沿轴向和周向的位置关系对匹配球型壳体的混流式核主泵水力性能的影响,获得最优水力特性下导叶与壳体之间的匹配位置,以比转数n_s为390的混流式核主泵水力模型为研究对象,基于雷诺时均方程和RNG k-ε湍流模型,对其内部流动进行三维全流道数值模拟.结果表明,随着两者之间匹配位置的变化,泵水力性能及内部流动情况也随之变化.在沿泵轴方向上,当导叶出口中心线与壳体出口段中心线相距1/4导叶出口宽度时,泵水力效率提高0.6%;在沿导叶出口圆周方向,导叶叶片出口边与壳体对称轴面重合时,泵水力性能及内部流动情况最优,泵水力效率提高近0.8%.研究结果为混流式核主泵的水力设计及优化和泵内部流动的主动控制提供有益参考.     

江苏大学成功研制我国首个具有自主知识产权的百万千瓦级核主泵水力模型

6月29日,以本刊主编袁寿其研究员为带头人的核电泵研究团队完成的＂百万千万级核主泵水力模型研制＂项目成果,顺利通过了中国机械工业联合会组织的科技成果鉴定.鉴定委员会专家对该项研究成果给予了高度评价,一致认为成果总体达到国际先进水平.这是我国首个具有自主知识产权的百万千瓦级核主泵水力模型成果,是核泵国产化领域又一重大技术突破.     

核主泵密封间隙对轴向力影响的敏感度分析

为了揭示密封间隙几何参数对核主泵轴向力的影响规律,基于DDES湍流模型,对不同几何参数组合的核主泵密封间隙进行了数值分析,研究了后密封间隙和长度对核主泵轴向力的影响,获得了额定工况下若干几何参数对核主泵轴向力的定量关系.结果表明:叶轮后盖板外侧轴向力分量F4对后密封间隙和后密封间隙长度敏感度较为显著,而后盖板外侧轴向力分量F4跟流入后泵腔流体的上限压力值密切相关.随着后密封间隙值的增大,流体流经间隙的水力损失逐步减小,流出间隙液流在后泵腔中的压力上限值逐步增大,因此其作用于后盖板压力增大,使总的轴向力在不断增大,即密封间隙对轴向力的敏感度降低,密封间隙在0.3～0.6 mm时,密封间隙对轴向力影响较为显著.而随着密封间隙长度增加,流体经间隙的水力损失增加,流出间隙流体在后泵腔中的压力上限值减小,因此其作用于后盖板的压力减小,总轴向力减小,即密封间隙对轴向力影响的敏感度增强.     

内装式矿用隔爆多级潜水泵设计

介绍了一种内装式结构的矿用潜水泵的设计方法,分析了底座进水孔、泵盖高度、涡室流道及泵出水口位置对泵水力性能的影响,并优化了这些过流部件的设计;叶轮设置浮动密封环,减少了密封环的泄漏量,可提高泵的容积效率;主轴底端设置导轴承,可减少转子的径向跳动;油室内特殊设计了一种双端面机械密封,保证双端面机械密封摩擦副端面比压始终大于弹簧比压.BQW80-180-90型3级叶轮矿用潜水泵的试验结果表明：设置浮动密封环与导轴承后,泵的流量及扬程参数稳定,整机效率比MT/T 671-2005规定值高8%,与普通橡胶波纹管的双端面机械密封相比,新的密封更加可靠.研究表明：新设计的矿用潜水泵效率指标理想,泵故障率大大降低,可靠性良好.     

不同边界条件下核主泵压力脉动性能的数值模拟

为了研究泵压力脉动数值计算中边界条件对其产生的影响,以包含密封口环间隙的核主泵全流道水力模型为研究对象,在不同时间步以及不同的边界条件下进行了数值计算.首先对核主泵的稳态性能进行了分析,得到核主泵在不同工况下内部的流场信息;其次,针对压力脉动计算,采用了3种不同的时间步(叶轮每旋转0.5°,1.0°和2.0°的时长)进行分析.结果表明,当所取的时间步均较小的情况下,不同的时间步长对压力脉动时域信号有一定影响,但其频域信号基本一致;最后选取不同的边界组合条件对压力脉动预测的结果进行研究,其中,选取进口总压-出口流量边界,进口流量-出口压力边界,泵进出口不单独设置边界,并采用1种连接进出口流体域的闭式回路计算模型.相比前2种边界条件设置,闭式回路边界条件预测的压力脉动信号较为规律,压力脉动幅值增大明显.     

1000 MW核主泵叶轮型线检测方法

为了检测核主泵水力部件数控加工完成后叶片型线的偏离程度,提出了1套水力部件的检测和评定方法.采用逆向工程点云分析软件(PolyWorks)与三维扫描设备相结合,测量叶轮模型叶片与产品叶片进出口压力、吸力面三坐标,同时计算叶片型线偏离的均方根偏差.通过对叶片进出口型线测量数据的统计处理和理论分析,提出叶片进出口型线偏离角度Δβ的计算公式、叶片间叶距角Δφ的偏离公式以及部分叶片型线偏离的修正公式K.结果表明:该方法能够准确有效地检测水力机械叶片型线的分布,保证了各型线有相同的包角.以国内田湾核电站扩建工程5,6号机组以及秦山一期扩建工程方家山核电站主泵叶轮翼型的检测与评定分析为例,经主泵全流量试验验证表明,与数值分析结果相比,主泵流量满足规范偏离设计流量的±2.5%、扬程偏离±1.5%的要求.     

QW型高效节能潜污泵的多工况水力设计方法和双密封室结构设计

针对目前潜污泵水力设计方法传统单一,长时间在水下运行后存在机械密封泄漏,效率不高,运行可靠性差和事故频发等现状,提供了潜污泵的多工况水力设计方法和双密封室结构设计,使泵的性能大大优化,运行可靠性大为增强,平均效率可高出国内同类产品5%～10%,节能效果十分显著。     

液压系统节能设计初探

液压元件的密封一般均为机械密封,目前的机械密封形式在产品中的应用极为广泛,随着生产技术水平提高和对节约能源的要求,机械密封的应用前景更为广泛.文章通过介绍对液压系统以及节能设计必要性,分析了液压系统的基本节能途径,提出了液压系统节能设计的一些方法措施,定性或定量的阐述了其节能效果.     

基于相态图像在线检测的RCP轴封内流场试验研究

为了研究反应堆冷却剂主泵动压轴封异常工作状态、验证第三级副密封所处工况条件,开展了轴系温度分布仿真分析.采用微型内窥装置在线获取三级低压泄漏流相态图像,对所得图像进行数值化处理;采用Sobel边沿检测算法求取图像边沿化后的均方差,实现了基于内窥图像的主泵轴封低压泄漏流相态的在线监测.通过提高密封第三级泄漏背压,改善浮动...     

基于CFD的主轴密封泵板装置结构优化设计

为研究混流式水轮机主轴密封泵板装置内泄漏水流动特性,应用计算流体动力学软件,针对新疆红山嘴一级电站4号水轮机,将不同泵板装置作为研究对象,研究提高其水力效率的可行性以及对主轴密封降压的效果.在模型准确基础上对泵叶角度和泵盖高度分别改进,对两者联合结构共计22种改进模型进行数值模拟.研究结果表明:泵叶斜置45°且泵盖高度比为0.081 5的联合改进结构对主轴密封真空度提高率可达60.9%;泵盖高度比比泵叶角度改变对该装置水力效率提高更有利;泵盖存在“最不利高度比”,泵盖位置的确定需避免最不利高度比0.135 9.该研究结果将模型结构参数化使得结论的普适性有一定提高,为工程实际主轴密封设计改造提供了一定的理论依据.     

拖拉机骨架油封装配工艺

介绍了如何提高拖拉机半轴油封的装配质量、骨架油封的密封原理及性能,通过分析骨架油封装配中存在的问题,总结了保证骨架油封质量的装配工艺。      

蔺家坝灯泡贯流泵机组水力性能及结构分析

蔺家坝泵站作为我国首座采用齿轮箱传动的大型灯泡贯流泵机组的泵站,为使水泵装置具有较优的水力性能,采用CFD仿真技术对该灯泡贯流泵机组的流道进行了优化设计和计算,并与水泵装置模型试验结果进行了比较;重点分析了灯泡体的支撑结构、叶片调角机构、主轴密封装置、轴承布置、齿轮箱及同步电动机等主要设备的结构设计.结果表明：CFD仿真技术应用于灯泡贯流泵机组的水力性能优化是可行的,蔺家坝泵站采用大型灯泡贯流泵机组,在设计净扬程2.4 m工况下,水泵装置效率达到78%,且气蚀性能良好,技术参数均达到了南水北调东线工程的要求;大型齿联传动灯泡贯流泵机组的成功运行,为国内其他大流量低扬程泵站的机组选型、设计及制造提供了可借鉴的经验.     

液电混合驱动电铲提升系统能效特性研究

矿用电铲作业过程中,大质量的工作装置在提升和推压电机驱动下切入物料实现挖掘,在其卸料后下降时,工作装置的重力反驱提升电机发电,发出的电能通过制动电阻以热能形式消耗掉,造成能量浪费。本文提出液电混合驱动电铲提升系统,与提升电机同轴设置液压泵/马达,液压泵/马达的进出油口分别与蓄能器和油箱连接,通过蓄能器的预充压力平衡工作装置的重力。工作装置下降时,液压泵/马达将油箱中的低压油泵入蓄能器中,存储工作装置的重力势能;工作装置提升时,蓄能器释放高压油,液压泵/马达与提升电机共同驱动提升机构,达到降低电机装机功率和能耗的目的。分析了液电混合驱动的电铲提升机构驱动方案及其工作原理,搭建了原理性试验台,对液电混合提升驱动方案进行了验证,进一步建立了电铲整机机电液联合仿真模型,对液电混合电铲提升系统进行仿真分析。结果表明,本文方案可降低提升电机装机功率、峰值功率和能耗,适用于电动机驱动的重型提升装备。