[發明專利]反應堆冷卻劑泵葉輪完整性分析方法

有效

• 申請號: 201710664981.3
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號: CN107313970B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 劉祥松;李藏雪;陳強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱電氣動力裝備有限公司
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00;F04D29/24;G21C15/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種反應堆冷卻劑泵葉輪完整性分析方法，其特征是：采用葉輪水力模型試驗測的葉片壓力分布，水力模型載荷與真機載荷對比獲取載荷因子，計算得出真機葉片壓力分布，導入商業軟件進行葉輪應力及變形量計算：

一、葉輪應力分析計算：

1)假設從葉輪葉片尖部到葉片根部壓力趨勢為線性徑向滑移，沿著圓周方向無壓力滑移；

2)水力模型試驗測的模型泵葉片進口邊翼尖點P1_M、葉片根部點P2_M壓力，葉片中部翼尖點P3_M、葉片根部點P4_M壓力，葉片出口邊翼尖點P5_M、葉片根部點P6_M壓力，測點值作為評定點；

3)計算冷態額定工況下葉輪真機軸向力及轉矩；

推力因子計算：

KF＝F_M/(ρ_M*g*H_M*D_M²)

KM＝M_M/(ρ_M*g*H_M*D_M³)

KF為葉輪軸向力推力因子；

KM為葉輪力矩因子；

F_M為模型泵葉輪軸向力，模型試驗測量；

M_M為模型泵葉輪轉矩，模型試驗測量；

ρ_M為模型泵水密度；

g為重力加速度；

H_M為模型泵揚程；

D_M為模型泵葉輪外徑；

真機軸向力及轉矩計算：

F_p＝KF*ρ_P*g*H_P*D_P²

M_Z＝KM*ρ_P*g*H_P*D_P³

F_p真機葉輪軸向力載荷；

M_Z真機葉輪轉矩載荷；

ρ_P為真機冷態運行水密度；

g為重力加速度；

H_P為真機泵揚程；

D_P為真機葉輪外徑；

4)將水力模型試驗測點(P1_M、P2_M、P3_M、P4_M、P5_M、P6_M)壓力值導入Ansys計算獲取測點壓力下真機軸向力F'與力矩M'；

5)葉輪真機軸向力F_p葉片表面壓力換算：

K＝F_p/F'

K為軸向力載荷換算因子；

換算至真機葉輪葉片進口邊翼尖點P1_P、葉片根部點P2_P壓力：

P1_P＝K×P1_M

P2_P＝K×P2_M

換算至真機葉輪葉片中部邊翼尖點P3_P、葉片根部點P4_P壓力：

P3_P＝K×P3_M

P4_P＝K×P4_M

換算至真機葉輪葉片出口邊翼尖點P5_P、葉片根部點P6_P壓力：

P5_P＝K×P5_M

P6_P＝K×P6_M

6)葉輪真機轉矩M_Z葉片表面壓力換算：

K₁＝M_Z/M'

K₁為轉矩載荷換算因子；

換算至真機葉輪葉片進口邊翼尖點P1_Z、葉片根部點P2_Z壓力：

P1_Z＝K₁×P1_M

P2_Z＝K₁×P2_M

換算至真機葉輪葉片中部邊翼尖點P3_Z、葉片根部點P4_Z壓力：

P3_Z＝K₁×P3_M

P4_Z＝K₁×P4_M

換算至真機葉輪葉片出口邊翼尖點P5_Z、葉片根部點P6_Z壓力：

P5_Z＝K₁×P5_M

P6_Z＝K₁×P6_M

7)將步驟5)與步驟6)計算壓力載荷導入商業軟件進行葉輪應力強度及變形量分析；

二、葉輪疲勞失效分析:

通過計算葉輪整個運行周期內經受的載荷周期循環，修正葉輪原材料性能參數、葉輪運行工況溫度獲取周期循環下的疲勞極限；優化葉輪載荷運行工況，計算得出相應載荷下的最大應力幅度的安全因子與設計安全因子對比分析，確認疲勞安全性；

1)計算葉輪整個運行周期內經受的載荷周期循環數：

L_f＝n*60*24*365*y*z

其中：

n為葉輪額定轉速；

z為主泵導葉體葉片數量；

y主泵設計壽命；

2)根據實驗室數據獲得主泵葉輪相應材料室溫20℃工況下的疲勞極限值σ_W,20℃，按照以下公式修正至葉輪運行工況下疲勞極限值：

σ_W,350℃＝σ_W,20℃*(R_M,350℃/R_M,20℃)

其中：

R_M,350℃為350℃葉輪原材料極限抗拉強度值；

R_M,20℃為20℃葉輪原材料極限抗拉強度值；

σ_W,20℃為20℃工況下葉輪原材料的疲勞極限值；

3)優化葉輪載荷運行工況，

運行工況1：平均應力σ_m為常數，應力振幅σ_a為變值；

運行工況2：應力振幅σ_a與平均應力σ_m之間比率為常數；

繪制軸向力載荷F_aH與轉矩M_C載荷工況下：平均應力σ_m與應力振幅σ_a曲線圖，平均應力σ_m為橫坐標，應力振幅σ_a為縱坐標；

4)抗疲勞失效的安全因子S的計算與評定：

工況1：S₁＝σ_a,mar,1/σ_a

工況2：S₂＝σ_a,mar,2/σ_a

其中：

σ_a,mar,1，σ_a,mar,2＝(N,σ_a)為葉輪邊緣線平均應力值；

σ_a為葉輪實際最終應力振幅值；

評定抗疲勞失效的安全因子S₁/S₂大于設計給定最小安全因子S_min，即滿足設計要求。