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屏蔽电机主泵飞轮力学分析及完整性评价

葛磊  
【摘要】:核反应堆冷却剂泵(简称核主泵)是一回路唯一不间断动力源,需要有60年超长使役时间,并经受各种极端工况考验。对于主泵飞轮,要求能够在反应堆断电事故下提供一定时间的冷却剂强迫循环,从而避免堆芯损坏。飞轮的结构完整性直接关系到断电事故情况下的反应堆安全,因此需要对主泵飞轮进行完整性分析。此外,为了保证主泵在反应堆紧急停堆或全厂断电事故下,仍能提供一定的惰转流量,因此需要进行转子挠度分析。 本文采用ANSYS软件建立飞轮三维实体有限元模型,对飞轮进行应力分析,并将分析的结果与解析解进行对比,验证了有限元模型的正确性。并根据不同装配过盈量及结构尺寸对飞轮进行应力分析,得出飞轮应力分布规律。结果表明,合理的装配过盈量0.4-0.6mm,合理的结构尺寸为内轮毂厚度0.149m,钨合金厚度0.117m,外轮毂厚度0.055m。综合考虑了装配预紧力、运行时的离心力及流体剪切力和压力,得到飞轮在额定转速以及设计转速下的应力、位移等分布,按照RG1.14(美国核管会导则)进行安全评定,评定结果满足规范要求。 飞轮延展性分析表明,飞轮在额定及设计转速下应力强度因子小于临界应力强度因子,因此不会出现延性破裂。计算得出飞轮的临界失效转速为4344r/min,大于设计转速(2250r/min)。飞轮一旦出现最严重的飞轮组件损坏事件,其四周的结构需能够容纳飞轮碎片的能量,不至于导致压力边界破坏。采用ANSYS-DYNA软件对压力边界的完整性进行分析,结果表明,电机外壳能够包容飞轮破裂碎片,不至于发生压力边界的破坏。对主泵地震工况下惰转过程中转子挠度进行分析,结果表明,在地震事故下,主泵转子不会发生卡轴事故。 本文研究并掌握了屏蔽电机主泵飞轮力学分析的研究方法,进行了飞轮的完整性分析,其结果为屏蔽电机主泵飞轮的结构完整性评价提供依据;惰转过程中转子挠度的研究为惰转过程中主泵安全性提供了参考。


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