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《大连理工大学》 2017年
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核主泵飞轮多层套装结构力学性能研究

李欢  
【摘要】:核电作为一种新型能源越来越受世界各国的关注并被广泛应用,然而在核电设备制造方面,我国现有的技术仍落后于其他国家,尤其是核主泵的设计和制造技术。核主泵是核电站一回路中重要的组成部分,被誉为核电站的“心脏”。而主泵飞轮又是核主泵的重要组成部件之一,其功能是保证主泵系统在紧急停堆的情况下仍能提供一定的惰转动力,避免堆芯的高温损坏引起核泄漏。因此,核主泵飞轮的设计直接关系到整个反应堆系统的安全。核主泵飞轮结构主要有整体式结构和多层套装结构。目前世界上最先进的核主泵AP1000即采用了多层套装结构飞轮,该飞轮分为三层:内轮毂、重金属钨合金以及外轮毂。由于核电技术的严格保密和国外对该技术的封锁,还未见设计原理的公开报道。本文采用有限元分析的方法研究多层套装飞轮的结构设计原理,以期为我国研发拥有自主知识产权的核主泵飞轮提供参考信息。首先,对多层套装飞轮进行了强度分析以及过盈量适用范围计算,为飞轮的尺寸设计提供基础。计算结果表明,在满足强度要求和防止脱落的前提下,这种多层套装飞轮过盈量的适用范围为0.7~1.2 mm。其次,研究了多层套装飞轮的尺寸设计。由于主泵飞轮位于压力容器内,设计空间受到了严苛的限制。其设计准则是尽量将重金属钨合金放置外沿处,以此来达到最大化提高转动惯量的目的,但外轮毂的尺寸过小又会导致飞轮不满足强度要求,因此多层套装飞轮各层的尺寸优化就显得尤为重要。基于此,我们研究了这种飞轮内轮毂、钨合金以及外轮毂尺寸变化对转动惯量、应力分布以及飞轮脱落情况的影响规律,最终在满足飞轮结构强度以及避免发生脱落条件下,得到了这种多层套装飞轮各层合理的尺寸分配。该多层套装飞轮结构尺寸设计相比同尺寸下的整体式飞轮全钢材料设计,转动惯量提高了69.1%。最后,研究多层套装飞轮的振动特性,分析了飞轮在有无预应力作用下的振动模态,发现预应力对飞轮各阶模态的影响均不超过0.5%。同时还比较飞轮模态阵型六个自由度的参与系数,发现这种多层套装飞轮各阶模态的振型以旋转振型为主。本文对核主泵多层套装飞轮尺寸分布、振动特性等进行了深入研究,为核主泵飞轮的结构设计技术提供了基础。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM623

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