【摘要】：核電具有低污染物排放、節(jié)約能源、發(fā)電效率高、原料成本低等優(yōu)點(diǎn),隨著和工程技術(shù)的不斷發(fā)展,核電的安全性也是越來(lái)越高。把核電作為未來(lái)能源行業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的共識(shí)。在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中,核電始終被給予厚望。目前我國(guó)核電自主化已經(jīng)取得了優(yōu)異成績(jī),但在核主泵等關(guān)鍵技術(shù)上仍然存在短板。核主泵(反應(yīng)堆冷卻劑泵組)是壓水堆核電站中最關(guān)鍵的核島一回路主設(shè)備之一,是核島內(nèi)唯一的旋轉(zhuǎn)設(shè)備,其功能是驅(qū)動(dòng)一回路中帶有放射性的高溫冷卻劑連續(xù)循環(huán),實(shí)現(xiàn)堆芯與蒸汽發(fā)生器之間的熱能交換,從而產(chǎn)生高壓蒸汽,經(jīng)由汽輪機(jī)及汽輪發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電。核主泵的設(shè)計(jì)制造是我國(guó)核電自主化過(guò)程中遇到的一個(gè)重大技術(shù)難題,為了解決問(wèn)題,相關(guān)研究人員務(wù)必投入更多的時(shí)間和精力深入研究,尋求解決途徑。為了極大限度地保障核島安全,核主泵的冷卻功能不僅須要滿足反應(yīng)堆正常工作需要,也要能夠經(jīng)受得住各類(lèi)事故工況的考驗(yàn),例如斷水、全場(chǎng)斷電、破口、卡軸等嚴(yán)重事故。本文以小破口下卡軸事故工況下核主泵水動(dòng)力特性為研究對(duì)象,研究事故過(guò)程中AP1000核主泵的響應(yīng)情況,為優(yōu)化改進(jìn)核主泵提供重要依據(jù)。目前有關(guān)核主泵小破口事故的研究較多,但對(duì)卡軸工況下核主泵自身運(yùn)行情況的研究較少。本文通過(guò)試驗(yàn)和模擬對(duì)小破口下卡軸事故中AP1000核主泵的水動(dòng)力特性做了大量研究,主要包括以下內(nèi)容:(1)對(duì)現(xiàn)有核主泵四象限的表達(dá)方式進(jìn)行推導(dǎo)并介紹了歸一化法表達(dá)方式,該方法簡(jiǎn)介準(zhǔn)確地描述卡軸事故工況下核主泵外特性變化,是關(guān)于這一工況研究的理論基礎(chǔ);(2)對(duì)AP1000核主泵水力樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)卡軸事故的嚴(yán)重程度對(duì)葉輪由額定轉(zhuǎn)速到徹底停轉(zhuǎn)的過(guò)渡過(guò)程影響較大,而流量變化受卡軸事故嚴(yán)重程度的影響不大。泵腔上表面附近不同位置壓力脈動(dòng)初值、終值以及變化曲線幾乎一致,只是振幅有所區(qū)別,而且早在葉輪徹底停轉(zhuǎn)之前泵腔上表面附近壓力值就已經(jīng)降至最低值。小破口條件對(duì)卡軸事故發(fā)生后流量、葉輪轉(zhuǎn)速的變化過(guò)程影響較小,對(duì)泵腔上表面附近壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的影響主要在于壓力脈動(dòng)變化區(qū)間和振幅;(3)使用CFD模擬AP1000核主泵的卡軸事故發(fā)現(xiàn),事故工況下核主泵外特性各參數(shù)變化趨勢(shì)各異,動(dòng)靜葉片干涉頻率降低導(dǎo)致葉輪出口處流速和壓力的脈動(dòng)頻率降低,流速振幅逐漸增加、壓力振幅逐漸減小,葉輪、導(dǎo)葉、泵腔內(nèi)的流動(dòng)逐漸紊亂,各過(guò)流部件內(nèi)的渦流獲得發(fā)展,漩渦程度加重,在某個(gè)時(shí)間段達(dá)到頂峰,之后漩渦逐漸發(fā)散,渦流程度下降;(4)使用CFD模擬AP1000核主泵在小破口下的卡軸事故發(fā)現(xiàn),事故初期核主泵揚(yáng)程、軸扭矩、功率變化具有滯后性小破口程度越嚴(yán)重則這種滯后性就越明顯,事故過(guò)程中泵內(nèi)內(nèi)低于空化壓力的區(qū)域(本文稱(chēng)為低壓區(qū))從泵進(jìn)口向泵出口延伸,泵內(nèi)空泡聚集區(qū)域(含汽率高于5%的區(qū)域)完全包含于低壓區(qū),且主要分布在葉片背面,葉輪內(nèi)含汽率最高的部位在低壓區(qū)與高壓區(qū)的交界面處,隨著卡軸事故的持續(xù),泵內(nèi)低壓區(qū)和空泡分布區(qū)域不斷縮小,縮小方向是朝著葉片進(jìn)口背面靠近前蓋板位置;小破口下卡軸事故中泵內(nèi)液相流動(dòng)受空泡破裂潰滅干擾在葉輪高低壓區(qū)交界處發(fā)生混亂,泵內(nèi)各處流速整體上呈下降的趨勢(shì),但是下降幅度和震蕩情況各不相同,事故發(fā)生以后核主泵葉輪對(duì)流體做功能力的變化過(guò)程與無(wú)小破口條件時(shí)基本一致但也存在較小區(qū)別,同樣,小破口下卡軸事故中葉輪徑向力合力變化過(guò)程與無(wú)小破口條件時(shí)相近,只是在事故的前0.1s內(nèi)存在先陡降后陡增的過(guò)程。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TM623

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2539956