核主泵飛輪多層套裝結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究.pdf

1、核電作為一種新型能源越來越受世界各國的關(guān)注并被廣泛應(yīng)用，然而在核電設(shè)備制造方面，我國現(xiàn)有的技術(shù)仍落后于其他國家，尤其是核主泵的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。核主泵是核電站一回路中重要的組成部分，被譽(yù)為核電站的“心臟”。而主泵飛輪又是核主泵的重要組成部件之一，其功能是保證主泵系統(tǒng)在緊急停堆的情況下仍能提供一定的惰轉(zhuǎn)動(dòng)力，避免堆芯的高溫?fù)p壞引起核泄漏。因此，核主泵飛輪的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到整個(gè)反應(yīng)堆系統(tǒng)的安全。
　　核主泵飛輪結(jié)構(gòu)主要有整體式結(jié)構(gòu)和多層套

2、裝結(jié)構(gòu)。目前世界上最先進(jìn)的核主泵AP1000即采用了多層套裝結(jié)構(gòu)飛輪，該飛輪分為三層：內(nèi)輪轂、重金屬鎢合金以及外輪轂。由于核電技術(shù)的嚴(yán)格保密和國外對該技術(shù)的封鎖，還未見設(shè)計(jì)原理的公開報(bào)道。本文采用有限元分析的方法研究多層套裝飛輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，以期為我國研發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核主泵飛輪提供參考信息。
　　首先，對多層套裝飛輪進(jìn)行了強(qiáng)度分析以及過盈量適用范圍計(jì)算，為飛輪的尺寸設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。計(jì)算結(jié)果表明，在滿足強(qiáng)度要求和防止脫落的前提

3、下，這種多層套裝飛輪過盈量的適用范圍為0.7~1.2 mm。
　　其次，研究了多層套裝飛輪的尺寸設(shè)計(jì)。由于主泵飛輪位于壓力容器內(nèi)，設(shè)計(jì)空間受到了嚴(yán)苛的限制。其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是盡量將重金屬鎢合金放置外沿處，以此來達(dá)到最大化提高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的目的，但外輪轂的尺寸過小又會導(dǎo)致飛輪不滿足強(qiáng)度要求，因此多層套裝飛輪各層的尺寸優(yōu)化就顯得尤為重要。基于此，我們研究了這種飛輪內(nèi)輪轂、鎢合金以及外輪轂尺寸變化對轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、應(yīng)力分布以及飛輪脫落情況的影響規(guī)律，最

4、終在滿足飛輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及避免發(fā)生脫落條件下，得到了這種多層套裝飛輪各層合理的尺寸分配。該多層套裝飛輪結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)相比同尺寸下的整體式飛輪全鋼材料設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量提高了69.1%。
　　最后，研究多層套裝飛輪的振動(dòng)特性，分析了飛輪在有無預(yù)應(yīng)力作用下的振動(dòng)模態(tài)，發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力對飛輪各階模態(tài)的影響均不超過0.5%。同時(shí)還比較飛輪模態(tài)陣型六個(gè)自由度的參與系數(shù)，發(fā)現(xiàn)這種多層套裝飛輪各階模態(tài)的振型以旋轉(zhuǎn)振型為主。
　　本文對核主泵多層套裝飛輪