1 000 MW级核电站离心式上充泵转子轴系的扭振特性

为研究1 000 MW级核电站离心式上充泵转子轴系扭振特性,应用Pro／E和ICEM软件对水体部件进行三维造型和网格划分,借助现代CAE技术,并采用有限元分析软件Ansys对上充泵转子轴系的扭转振动特性进行数值计算,通过扭振分析得到转子轴系在不同转速下的扭转振幅．结果表明:采用三支撑转子轴系的结构稳定性相比于两端支撑的转子轴系各阶固有频率都有明显提高,这有助于减小上充泵运行时的振动和噪声;在4 900 r／min的转速下转子轴系发生了较为明显的一阶扭转共振,引起共振的主要原因是电动机驱动力矩的6次谐波分量频率和转子轴系的一阶扭振固有频率的整数倍接近;上充泵设计运行转速为4 500 r／min,转速与转子轴系各阶临界转速值相差较大,其转子轴系的扭转振幅较小,不会发生扭转共振,表明所设计的转子轴系结构是合理的．     

1 000 MW级核主泵压水室出口压力脉动

为了研究压力脉动在核主泵压水室出口处的变化规律及其影响因素,以国内某1 000 MW核电站主泵为研究对象,应用计算流体动力学软件Fluent进行定常与非定常三维数值模拟,得到压水室内部流场特性及计算点的压力脉动情况,并对其进行时域和频域分析．结果表明:回流是引起压水室与出口交接处压力脉动的原因之一;在不同工况下压水室出口及其前后区域内存在明显的压力脉动,偏离额定工况越大,压力脉动波动幅度越大;压水室出口及其前后区域内,上侧的脉动幅度比下侧小,上侧的平均脉动幅度CA在09Q时为1115％,在10Q时为962％,在12Q时为1378％,下侧的平均脉动幅度,在09Q时为1362％,在1.0Q时为1253％,在12Q时为1579％;靠近导叶出口处,泵壳两侧处的脉动幅度要大于靠近出口轴线附近的脉动幅度,远离导叶出口处,泵壳内的脉动幅度从上侧到下侧,逐渐递增;在额定工况时转频是各监测点压力脉动的主要影响因素,在小流量和大流量时转频和叶频是各监测点压力脉动的主要影响因素．     

核电站余热排出泵热冲击回路设计

为检验余热排出泵的耐热冲击能力及其运行稳定性,基于能量守恒定律和冷态、热态回路不同工况的实际要求,设计了热冲击回路系统,并对主要设备进行热平衡计算,以确定设备型号.设计的热冲击回路系统包括冷态、热态两回路,通过三通阀的自动切换作用,进行冷态、热态条件的及时切换试验,以模拟核动力装置中余热排出泵的实际工作状况.试验结果表明,设计的余热排出泵热冲击回路系统可较为真实地模拟核动力装置实际运用情况;对设备进行的热平衡计算确定了主要设备型号;构建便捷的冷态、热态切换方式,可验证泵各部件的耐热冲击能力.     

1 000 MW核主泵导叶体型线检测新方法

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,提出了一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,测量导叶体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．以国内福建福清核电站12号机组以及秦山一期扩建工程方家山核电站主泵导叶体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．     

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．     

1000MW级核主泵压水室出口压力脉动

为了研究压力脉动在核主泵压水室出口处的变化规律及其影响因素,以国内某1 000 MW核电站主泵为研究对象,应用计算流体动力学软件Fluent进行定常与非定常三维数值模拟,得到压水室内部流场特性及计算点的压力脉动情况,并对其进行时域和频域分析.结果表明：回流是引起压水室与出口交接处压力脉动的原因之一;在不同工况下压水室出口及其前后区域内存在明显的压力脉动,偏离额定工况越大,压力脉动波动幅度越大;压水室出口及其前后区域内,上侧的脉动幅度比下侧小,上侧的平均脉动幅度CA在0.9Q时为11.15%,在1.0Q时为9.62%,在1.2Q时为13.78%,下侧的平均脉动幅度,在0.9Q时为13.62%,在1.0Q时为12.53%,在1.2Q时为15.79%;靠近导叶出口处,泵壳两侧处的脉动幅度要大于靠近出口轴线附近的脉动幅度,远离导叶出口处,泵壳内的脉动幅度从上侧到下侧,逐渐递增;在额定工况时转频是各监测点压力脉动的主要影响因素,在小流量和大流量时转频和叶频是各监测点压力脉动的主要影响因素.     

锅炉循环泵的泵壳改型与应力安全分析

为降低生产成本,通过采用铸造生产代替锻造生产并且减小半球形压水室内径的措施对一种现有的锅炉循环泵的泵壳进行改型．采用Ansys Mechanical软件,参照ASME标准第Ⅷ-2卷,疲劳计算应用一般迈内尔(Miner)准则和雨流计算法,计算4种泵壳的静态强度使用系数和低循环疲劳使用系数．结果表明:4种泵壳的静态强度使用系数和低循环疲劳使用系数均小于1;内径减小至0875倍时,最大静态强度使用系数减小了7％,最大低循环疲劳系数减小了84％;壁厚增大至1375倍时,最大静态强度使用系数减小了163％,最大低循环疲劳系数增大了2214％．说明选用铸造材料代替锻造材料是应力安全的;小内径可提高静态强度性能,并显著提高低循环疲劳性能;大壁厚可显著提高静态强度性能和降低低循环疲劳性能．     

熔盐泵轴承润滑冷却系统稳态热计算与分析

影响熔盐泵轴承润滑冷却系统温升的因素,主要来自轴承自身的摩擦发热和高温熔盐介质传入的热流量.通过节点热流网络法建立了轴承润滑冷却系统的热平衡方程组,通过计算轴承的摩擦生成热以及润滑冷却系统的导热热阻和传热量,获得了轴承温度与泵转速、熔盐介质温度、润滑油流量以及进油温度之间的变化规律：泵的转速以及熔盐介质温度对轴承温升影响较大,泵转速越高,轴承的发热量越严重,当泵转速从500 r/min升高到1 500 r/min,可使轴承温度升高20℃左右;当熔盐介质温度低于400℃时,对润滑系统的影响不大,当熔盐介质温度超过550℃时,轴承温度迅速升高,必须采取强制冷却措施;将润滑油进油温度控制在40℃左右、流量控制在1.5~2.5 L/min范围内,可取得最佳的润滑冷却效果.     

基于流热固耦合的高温熔盐泵转动系统结构应力分析

基于ANSYS Workbench平台开展高温熔盐泵转动系统的结构应力分析,采用计算流体动力学软件CFX对泵内部全流场进行多工况定常数值计算,并通过试验对计算结果进行验证.综合考虑了高温熔盐泵的水动力载荷、离心力载荷、温度载荷等因素,建立了流、热、固耦合作用下动力学模型,研究不同温度下不同材料属性变化对高温熔盐泵结构性能的影响,并对高温熔盐泵转子部件进行应力分析.结果表明:在同一流量工况下,不同材料的叶轮叶片最大变形量均呈随温度的升高呈先增大后减小的趋势;同时,不同材料的叶轮形变程度基本趋于稳定,受流量影响不大;叶片工作面应力值大于叶片背面应力值,且不同温度工况下不同材料的叶轮背面应力值呈线性递减的趋势;叶轮等效应力最大位置主要集中在叶轮出口处叶片和前、后盖板接触的区域;经过变形及强度综合分析,表明3种不同的不锈钢材料中316L材质的叶轮力学性能最好.研究结果可为高温熔盐泵的结构设计提供一定参考.     

轴流式油气混输泵吸人室及压缩级流场分析

轴流式油气混输泵兼具泵和压缩机的性能,结构紧凑,能在高含气率下工作.针对混输泵内部流动复杂易产生气液分离,气相能量携带能力差,效率低,稳定性差,设计难度大等问题,采用轴流泵和轴流压缩机设计方法相结合,充分考虑高含气率下气相的可压缩性,用PRO/E对轴流式油气混输泵吸入室及压缩级建模,ICEM对模型划分网格,基于RNG k-ε紊流模型用FLUENT软件对不同含气率下模型流场流动情况进行了计算模拟;分析了流场模拟结果,并进行了实验.结果表明,利用此吸入室、压缩级的设计方法和模拟是合理的.     

核电站冷却水循环泵模型试验

介绍了按照核电站冷却水循环泵的技术要求开发的核电站冷却水循环泵模型,给出了其结构方案;运用CFD方法设计开发了优秀的水力模型,并通过模型泵进行了验证测试;简要介绍了用于测试水力损失和观测流态的冷却水循环泵进水流道设计试验装置．验证测试的结果表明,该泵额定点效率达92％且高效区范围宽;泵运行噪声小,运行平稳;在额定工况点,设计的肘型进水流道水力损失小,仅为0．273m．该水力模型的综合指标达到了同类泵的先进水平,因此,我国核电站冷却水循环泵可实现国产化．     

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.     

核电站离心式上充泵多工况水力设计

离心式上充泵为多级双壳体结构,根据核电站系统要求,其水力性能需同时满足5个工况点.为实现上充泵多工况水力设计,在系统总结离心泵非设计工况研究进展的基础上,提出了多种叶轮水力设计方案优化组合与叶轮多工况水力设计相结合的技术,并进行了上充泵多工况水力设计实践.利用多级离心泵叶轮组合原则对上充泵所要求的多工况点进行拆分,得到不同叶轮性能曲线优化组合设计方案,分别进行首级叶轮、2-4级叶轮和5-12级叶轮水力设计.按照设计方案制造4级泵样机（转速2 950 r/min）,并进行性能试验.试验结果换算到4 500 r/min与规定值对比表明,有4个工况点满足要求,大于规定值2.6%;仅最大流量工况扬程偏低,低于规定值11.8%,实现了多工况水力设计目的.     

基于CFD技术的核电站上充泵全流场数值模拟

为研究核电站上充泵内部流动规律,基于计算流体动力学（CFD）技术,采用Reynolds时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,压力、速度耦合使用SIMPLEC算法,对1 000 MW核电站离心式上充泵全流场的三维定常湍流进行数值模拟,得到上充泵各级叶轮-导叶内部的速度、静压以及湍动能分布图,并对其内部流动状态进行分析.在数值模拟的基础之上,对4级上充泵样机进行了性能试验,并且换算成12级实型泵的性能,将性能试验结果和模拟性能预测结果进行对比.数值模拟结果表明：在叶轮、导叶间隙处出现局部低压区;叶轮出口和导叶进口交界区域速度分布不均匀,局部区域有逆流和旋涡,造成部分水力损失;叶轮出口和导叶进口处的湍动能较大,且分布极不规律,有较大的能量损失.从数值模拟的结果可以得到上充泵内部流动水力损失严重的区域,为进一步优化上充泵的设计提供参考.数值模拟和试验两者的结果吻合较好,验证了计算模型和换算结果的正确性.     

考虑气象条件变化的火电厂循泵优化运行

以循环冷却水系统整体作为研究对象,基于循泵优化运行模型,并充分考虑气象条件变化对循泵优化运行的影响,绘制出可直接根据气象条件指导循泵优化运行的一种新型等效益曲线及相应的净收益功率曲线.以某电厂660 MW机组为例,将新型等效益曲线与现有等效益曲线进行对比应用分析.结果表明:在循环冷却水系统中,根据现有等效益曲线查取的循泵运行方式并不总是“最优”的,甚至在相同的机组负荷、气象条件下,仅因当前工况循泵运行方式的不同,所查取的最优循泵运行方式也可能不同,但是新型等效益曲线始终能够合理地指导循泵优化运行.同时,利用新型等效益曲线及净收益功率曲线对660 MW机组的循泵优化运行进行了技术和经济研究分析.通过对比不同机组负荷下的净收益功率曲线发现:在夏季高温情况下,循环冷却水系统在机组低负荷下的运行费用有可能高于在机组高负荷下的运行费用.     

600MW火电机组用循环水泵改型设计

介绍了600 MW火电机组用大型立式循环水泵的一种改型设计方法,即针对同一模型,叶轮与导叶体采用不同的换算系数进行设计.以天津盘山电厂一期2×600 MW及成都金堂电厂一期2×600 MW循环水泵设计为例,分别采用常规设计和改型设计方法进行了设计.详细说明了设计方法、设计要点及理论和实测性能曲线等.结果表明,当叶轮与导叶的换算系数相差在3%的范围,且叶轮与导叶体结合部位能够光滑过渡的情况下,用大叶轮配小导叶进行相似换算与叶轮及导叶体采用同一换算系数所测得的性能可以与模型泵性能相一致.     

1000MW核主泵导叶体型线检测新方法

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,提出了一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（Poly Works）与三维扫描设备相结合,测量导叶体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.以国内福建福清核电站12号机组以及秦山一期扩建工程方家山核电站主泵导叶体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.