边界效应及高温高压对核主泵模态的影响

为了准确计算核主泵叶轮在液体环境下的振动模态以确保核主泵的高可靠运行,主要研究真实运行工况下的水域边界效应,以及高温高压环境对核主泵叶轮模态产生的影响.首先对简化的圆盘模型进行了模态分析,研究发现圆盘各阶湿模态频率与干模态频率相比均下降25%左右,圆盘模态的数值结果与试验结果吻合,通过了圆盘试验的验证.继而以CAP1400核主泵叶轮缩尺水力模型为对象,分别研究了水域下潜深度和径向距离对叶轮模态特性的影响,以及实际运行工况的高温高压环境对叶轮模态特性的影响.结果表明:核主泵叶轮湿模态固有频率相比干模态有显著下降;叶轮的固有频率随下潜深度的增加而逐渐下降,随径向距离的增加而逐渐上升;核主泵叶轮高温高压环境的固有频率相比常温常压固有频率有所增加.     

“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.     

核主泵压力脉动及其改善方法研究进展

压力脉动是引起核主泵产生振动、噪声等不稳定现象的重要因素,严重的脉动会导致核事故的发生.随着核电事业的快速发展,为使核岛安全稳定运行,核主泵压力脉动的研究对核岛安全的意义变得极其重要.回顾近年来不同研究人员在核主泵压力脉动方面的相关研究成果,通过文献调查讨论了与压力脉动有关的研究,发现压力脉动产生因素主要是核主泵入流冲击、二次回流、动静干涉作用和气蚀等引起的流动紊乱,一般可以通过理论分析、数值模拟和模型试验的方法对核主泵压力脉动进行研究.最后,总结了近十年来核主泵在大、中、小流量工况、卡轴事故工况和失水事故工况时主泵内部各流道压力脉动研究情况,以及通过对叶轮、导叶和涡壳的结构优化改善核主泵内部流道压力脉动的方法.     

滁河四级站混流泵装置模型试验研究

为了验证滁河四级站建成后原型泵装置的性能指标能够满足设计要求,确保泵站能够安全可靠运行,针对该泵站出水管道较长和坡度较大的特点,优化设计了滁河四级站混流泵装置模型试验方案,既保证了泵装置模型流道与原型流道的水力损失相似,又保证了在试验台能够完整布置模型泵装置。试验测试了混流泵装置模型的能量、空化、压力脉动和飞逸等特性。试验结果显示,滁河四级站混流泵装置的进出水流道型线设计合理,泵装置在不同扬程工况下能够安全、稳定的运行,可以满足滁河四级站的设计和运行要求。该泵站模型泵装置的试验方法和结果可为类似的混流泵站设计和机组选型提供参考依据。     

偏心距对核主泵径向力影响的数值分析

为了研究核主泵所受径向力,基于RNG k-ε模型分别对原型核主泵和重心偏移后的核主泵进行数值模拟.通过模拟分别获得了原型泵和不同偏心距下核主泵外特性、中心截面的静压分布及作用在蜗壳和叶轮上的径向力特性,并将其与理论值进行对比分析.研究结果表明:对比试验与数值计算外特性曲线趋势一致,说明所建立的核主泵径向力计算模型具有一定的准确性;4种方案下叶轮与导叶内部的静压区别不大,而蜗壳内部的静压变化较明显,各偏心距下的静压呈非对称分布,偏心距的变化对核主泵的内外特性具有一定的影响;核主泵在设计点运行时径向力最小但不为零,偏心10 mm左右时所受径向力最小;通过对比不同偏心距下径向力数值预测值和Stepanoff理论公式计算值可知,不同偏心距所受径向力与理论公式值变化趋势一致,说明数值模拟的方法验证了用经验公式计算径向力的准确性.     

振动式土壤切削挖掘阻力试验台设计

为探究低频振动挖掘铲在不同牵引速度、振动频率、振动轨迹等因素下对土壤切削挖掘阻力的影响,设计了振动式挖掘铲土壤切削阻力试验台。试验台主要由多连杆振动机构、挖掘装置、试验测试系统及行走装置等组成,通过对试验台的多连杆机构进行设计分析,可满足试验时挖掘铲振动轨迹、振幅等因素可调的要求;设计了试验测试系统,可完成对切削挖掘阻力、振动频率、激振扭矩等信号的数据采集、显示与存储。土槽试验验证表明:各水平因素参数均能够按照设计要求精确调整,测试程序能够准确显示对应信号曲线图形并对数据进行存储,符合试验台设计要求。     

垂直振动激励下排种器振动试验台可靠性分析和验证

为避免排种器耐久性试验过程中因排种器振动试验台自身结构限制对排种器性能造成影响,综合运用振动测试、有限元仿真分析和定幅值正弦扫频试验相结合的方法,对新设计开发的排种器振动试验台进行可靠性分析及验证。通过田间振动测试,了解播种机田间作业期间排种器所受地表振动载荷分布情况;通过有限元分析,了解排种器试验台结构固有频率、振型特征及应力分布;通过1～120Hz定幅值正弦扫频试验,对模态分析结果的准确性进行验证。结果表明:排种器试验台1阶约束模态为38Hz,远高于耕作地表振动主激励频率2～12Hz;在垂直方向振动载荷作用下,排种器试验台总成最大Mises应力为24MPa,远低于材料的许用应力。正弦扫频试验结果显示:排种器试验台在36.65、66.38、82.0、102.0Hz附近出现明显振动响应,为结构敏感频段;前4阶约束模态计算结果与正弦扫频试验响应频率差异率均在5%以内,考虑到实际边界约束条件和网格划分所造成的误差,差异在合理范围内,模态分析结果准确可行。综合上述分析,排种器试验台结构稳定可靠,可以开展进一步耐久性试验。本研究有助于排种器设计人员开展排种器振动试验台设计,对后续设计手段和设计流程的提升有积极的作用。     

核主泵小流量工况下不稳定流动数值模拟

为研究小流量工况下核主泵驼峰现象,通过三维软件Pro/E对核主泵内部流道进行三维造型,基于雷诺时均N-S方程和k-ε湍流模型两方程及SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件CFX对核主泵小流量工况进行了定常数值模拟和分析.结果表明：采用定常数值模拟,可以阐明小流量区域的不稳定驼峰现象.泵壳出口位于泵壳的中心,使得沿叶轮旋转方向的主流与出口处的液体发生摩擦和碰撞,造成能量损失,导致内部流场分布不均匀.核主泵对称性结构、叶轮叶片进口和出口复杂旋涡、导叶内复杂的回流以及泵的旋转失速与不稳定驼峰的形成都有密切的联系.核主泵在小流量下运行时,出现不稳定流动,严重时会引起泵的振动.     

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.     

苜蓿压扁试验台设计及其机架模态分析

结合苜蓿压扁效果的影响因素:压辊间隙、弹簧的初始拉力、压扁辊转速、喂入量等,设计了一种苜蓿压扁试验台.借助SolidWorks中的Simulation有限元分析模块对试验台机架进行模态分析,提取出前10阶固有频率和模态振型.结果表明,其固有频率范围在151.83～69.09 Hz,与外部激振频率进行对比分析,各外部激振...     

CNP1000轴封式核主泵技术

CNP1000轴封式核主泵作为泵类行业的高端设备是核电站一回路系统中唯一没有实现国产化的设备,其自主设计、制造及试验是我国推进核电自主化的重点和难点.对核电泵的国内技术现状以及1 000 MW轴封式核主泵结构特点进行了介绍,分别从承压边界、水力部件、转子轴系、隔热组件、轴密封、停车密封、水导轴承、推力轴承、一体化供油泵、油密封、辅助系统及其关键设备进行了设计原理和实施要求的详细说明.通过对不同类型主泵的出口限制情况和应用前景比较分析,说明了轴封主泵对外出口的优势,提出轴封主泵将在很长一段时间占据核电市场的主导地位.目前国内企业已完成了多项关键技术,如主轴密封、水力部件、全流量试验等的自主化,但是核主泵的理论基础并没有完整建立,有待进一步研究.因此,核主泵的国产化研制任务仍需较长的时间去攻克.     

1 000 MW级核电站用喷淋泵泵壳安全性分析

安全壳喷淋系统是保障核电站安全的关键设施,该系统中的喷淋泵更是核电站的核心安全设备.以一台核电站用安全壳喷淋泵为研究对象,对其进行安全特性方面的研究,以验证其设计是否满足抗震规范要求.首先,对泵壳结构体进行模态分析;其次,对其结构体加载运行基准地震载荷和安全停堆地震载荷,并进行基于模态响应下的地震动分析;最后,对泵壳内壁表面加载热变载荷,并对结构体进行热冲击计算.结构体安全性分析的结果表明:喷淋泵壳体的基频为104.45 Hz,远大于33 Hz,为刚性结构,结构体振动方式以水平方向运动为主.热冲击作用下产生的高热应力区域集中在泵座与壳体交界处;地震动作用下的地震动效应高应力区域集中在壳体上的结构分布不均匀处.无论是在热冲击还是地震动作用下,高形变区域均集中在泵底.泵壳结构体上出现的最大应力小于ASMEⅡ所确定的材料许用应力,满足抗震规范要求.     

离心泵水力诱导激振试验研究

离心泵的水力诱导激振影响泵的安全稳定运行。为了揭示离心泵水力诱导激振特性,以一台单叶片离心泵为试验对象,采用两个垂直布置的涡电流位移传感器测量离心泵空转及抽水时叶轮口环的瞬态位移,获得了叶轮口环瞬态位移的时域图、频域图以及口环位移轨迹图。基于霍尔感应器的键相信息,采用华科水力机械综合测试仪获得了离心泵在不同流量工况的水力诱导激振特性。试验结果表明,离心泵空转及抽水时时域图、频域图相似,波形均为周期性重复的畸变正弦曲线,主频均为叶轮转频,口环位移轨迹图均为畸变的椭圆形,但抽水时口环位移幅值有所减小。离心泵的水力诱导口环位移轨迹图在不同流量工况下均为畸变的椭圆形,在210°~300°之间出现一个突变区域,水力诱导激振在小流量工况显著增强,在额定工况及大流量工况水力诱导激振基本不变。     

ZJ-200-25型螺旋离心泵转子静力学分析

为研究螺旋离心泵叶轮与转轴工作时的振动特性,以ZJ-200-25型双叶片螺旋离心泵为研究对象,建立了螺旋离心泵内部流场三维模型,并对其设计工况进行了数值模拟.建立转子部分的有限元模型,根据泵腔内流场压力分布,对转子进行了有预应力的静力学分析和模态分析,获得了转子的对载荷的响应信息、固有频率和对应的振型.结果表明：转子强度满足设计要求,应力最大的点位于叶片根部及轴肩处;转子为刚性,但其在工作时的叶片通过频率与前两阶固有频率比较接近,这说明转子的转速不尽合理,工作时产生共振的可能性较高.因此需要对螺旋离心泵转子结构进行优化设计,可通过更改轴承位置、重新设计轴向和径向尺寸以及更换轴的材料来实现.从而改变转子的固有频率,使固有频率能够避开泵内流动的激励频率,避免发生共振.     

基于平稳随机信号的青贮玉米收获机台架振动测试与分析方法*

青贮玉米收获机作为复杂农田作业环境下的多激励源振动系统,其振动机理难以完全用理论描述,为探究适合研究其振动特性的分析方法,本文搭建了青贮玉米收获机试验台。利用24位INV3062-C1(S)通用型动态测试采集仪器,测试不同转速下揉搓辊、定刀和机架位置的振动。分析该试验台振动幅值的均值、方差、有效值,可近似认为该振动信号符合平稳随机振动特征,获得不同工况下的振动时域特征和振动频率分布规律。结果表明,随着电机转速增加,整机振动强度随之增大,其中,揉搓辊位置的振动幅度最大,机架次之,定刀最小;秸秆喂入工况下,随着转速升高,机架振幅的提升速率高于揉搓辊和定刀,机架对电机转速变化最敏感;玉米秸秆的喂入对试验台振动的影响在低速(900 r/min)和中速(2 000~4 000 r/min)较大,高速(4 500 r/min)时影响较小;试验台振动频率集中在166.7~185 Hz、250.7~269.6 Hz、527~559 Hz、746.8~776.2 Hz、872.9~904.8 Hz区间,主要是电机转动频率的倍频成分;在中、高速,电机的振动对试验台振动影响较大,在低速状态下影响较小。在设计青贮玉米收获机时,可考虑在机架位置布置加强筋、在青贮收获机机架与发动机之间增加隔振,减小振动对青贮玉米收获机的影响。研究结果可为改善青贮玉米收获机整机振动,为复杂农田作业环境下收获机械的设计与优化提供参考。     

基于流固耦合的泵组管系振动分析

为了找出管系的振源以及产生的原因,采用有限元法计算管系的模态和谐响应.管壁选用壳单元划分,管壁内流体则采用流体单元,建立了包括泵组的三维空间管系的流固耦合模型,考虑管系的柔性支撑边界条件,进行迭代求解.计算表明,在水泵电机二倍转频48.3Hz附近,管系频率较集中,各测点频率响应数值均较大,50Hz时3号泵出水管垂直方向最大位移响应达13.96mm,计算结果与LMS动态测试系统的测试结果一致.泵组管系的振动原因是由于泵的周期性运动,造成管道内压力和流量的脉动,其变化频率和管系固有频率接近从而引起了共振.     

高温塔底油浆泵叶轮断裂失效分析

针对高温塔底油浆泵使用一段时间后在开机时叶轮频繁发生断裂的现象,选择发生断裂现象较多的泵型,对可能导致叶轮断裂的各种因素,从断裂点的宏观检查到叶轮材料、硬度以及断裂点的金相组织的微观检验等方面进行了一系列试验,采用热冲击理论最新研究成果对该叶轮断裂失效原因进行了分析,结果表明,叶轮存在严重的铸造缺陷,热处理工艺出现了偏差,高温环境削弱了叶轮的强度,热冲击应力是导致叶轮断裂失效的主要原因,通过对叶轮结构、铸造工艺、热处理工艺、开机操作规程等方面的改进,基本解决了油浆泵的叶轮断裂问题．     

工程机械电气系统振动台的测试和研究

在工程机械运行当中,因为振动的原因会导致电气系统出现一系列的故障问题,通过使用加速度的方式,在各种各样的工作情况之下,将工程机械的路谱数据收集,然后再通过对工程建设的基本情况和振动测试当中的基本标准,利用等效加速的试验操作办法,通过路谱数据获得工程机械电气操作应用体系当中振动测试平台需要各种不同的参考数据,然后再把这些收集到的所有数据直接输入进电气操作应用体系振动测试平台的控制器当中,对将要进行测试的电气应用操作体系做随机的振动测验。通过试验结果表明,在振动试验当中获得的电气应用操作体系出现的问题和工程机械本身出现的电气问题是基本上相同的。     

叶片数对离心泵内流诱导振动噪声的影响

基于虚拟仪器数据采集系统和泵产品测试系统在离心泵闭式试验台上建立了泵空化诱导振动噪声试验测试系统,实现了泵能量性能参数和流动诱导振动噪声信号的同步采集．以一台比转数为93的5叶片单级单吸离心泵作为研究对象,在保证泵体和叶轮其他几何参数不变的情况下,将叶轮叶片数分别设计为4,6和7片．测量了不同叶片数下模型泵在全流量范围内的能量性能、振动强度和噪声信号,并对振动和噪声信号数据进行了处理．试验结果表明：模型泵内部流动诱导的振动对泵体的影响最大,5叶片时模型泵的振动强度最高;随着流量的增大各测点振动强度大致都呈现先基本不变后显著上升的趋势;泵的噪声信号主要集中在0—2000Hz的范围内;在小于设计流量时,随着叶片数的增大,轴频的峰值逐步增大．研究结果对于建立低振动低噪声离心泵水力设计方法具有重要的参考意义和指导作用．