[发明专利]反应堆冷却剂泵叶轮完整性分析方法

摘要

本发明涉及一种反应堆冷却剂泵叶轮完整性分析方法：通过对叶轮水力模型试验测的叶片压力分布的简化分析，假设从叶轮叶片尖部到叶片根部压力趋势为线性径向滑移，沿着圆周方向无压力滑移，将叶轮水力模型试验测的叶片进口边的压力导入Ansys，将真机轴向力除以轴向反作用力获得压力载荷因子，压力载荷因子乘以模型试验进口压力分布获得真机进口压力分布。通过计算叶轮整个运行周期内经受的载荷周期循环，修正叶轮原材料性能参数、叶轮运行工况温度获取周期循环下的疲劳极限；优化叶轮载荷运行工况，计算得出相应载荷下的最大应力幅度的安全因子与设计安全因子对比分析，确认疲劳安全性。

主权项

1.一种反应堆冷却剂泵叶轮完整性分析方法，其特征是：采用叶轮水力模型试验测的叶片压力分布，水力模型载荷与真机载荷对比获取载荷因子，计算得出真机叶片压力分布，导入商业软件进行叶轮应力及变形量计算：一、叶轮应力分析计算：1)假设从叶轮叶片尖部到叶片根部压力趋势为线性径向滑移，沿着圆周方向无压力滑移；2)水力模型试验测的模型泵叶片进口边翼尖点P1M、叶片根部点P2M压力，叶片中部翼尖点P3M、叶片根部点P4M压力，叶片出口边翼尖点P5M、叶片根部点P6M压力，测点值作为评定点；3)计算冷态额定工况下叶轮真机轴向力及转矩；推力因子计算：KF＝FM/(ρM*g*HM*DM2)KM＝MM/(ρM*g*HM*DM3)KF为叶轮轴向力推力因子；KM为叶轮力矩因子；FM为模型泵叶轮轴向力，模型试验测量；MM为模型泵叶轮转矩，模型试验测量；ρM为模型泵水密度；g为重力加速度；HM为模型泵扬程；DM为模型泵叶轮外径；真机轴向力及转矩计算：Fp＝KF*ρP*g*HP*DP2MZ＝KM*ρP*g*HP*DP3Fp真机叶轮轴向力载荷；MZ真机叶轮转矩载荷；ρP为真机冷态运行水密度；g为重力加速度；HP为真机泵扬程；DP为真机叶轮外径；4)将水力模型试验测点(P1M、P2M、P3M、P4M、P5M、P6M)压力值导入Ansys计算获取测点压力下真机轴向力F'与力矩M'；5)叶轮真机轴向力Fp叶片表面压力换算：K＝Fp/F'K为轴向力载荷换算因子；换算至真机叶轮叶片进口边翼尖点P1P、叶片根部点P2P压力：P1P＝K×P1MP2P＝K×P2M换算至真机叶轮叶片中部边翼尖点P3P、叶片根部点P4P压力：P3P＝K×P3MP4P＝K×P4M换算至真机叶轮叶片出口边翼尖点P5P、叶片根部点P6P压力：P5P＝K×P5MP6P＝K×P6M6)叶轮真机转矩MZ叶片表面压力换算：K1＝MZ/M'K1为转矩载荷换算因子；换算至真机叶轮叶片进口边翼尖点P1Z、叶片根部点P2Z压力：P1Z＝K1×P1MP2Z＝K1×P2M换算至真机叶轮叶片中部边翼尖点P3Z、叶片根部点P4Z压力：P3Z＝K1×P3MP4Z＝K1×P4M换算至真机叶轮叶片出口边翼尖点P5Z、叶片根部点P6Z压力：P5Z＝K1×P5MP6Z＝K1×P6M7)将步骤5)与步骤6)计算压力载荷导入商业软件进行叶轮应力强度及变形量分析；二、叶轮疲劳失效分析:通过计算叶轮整个运行周期内经受的载荷周期循环，修正叶轮原材料性能参数、叶轮运行工况温度获取周期循环下的疲劳极限；优化叶轮载荷运行工况，计算得出相应载荷下的最大应力幅度的安全因子与设计安全因子对比分析，确认疲劳安全性；1)计算叶轮整个运行周期内经受的载荷周期循环数：Lf＝n*60*24*365*y*z其中：n为叶轮额定转速；z为主泵导叶体叶片数量；y主泵设计寿命；2)根据实验室数据获得主泵叶轮相应材料室温20℃工况下的疲劳极限值σW,20℃，按照以下公式修正至叶轮运行工况下疲劳极限值：σW,350℃＝σW,20℃*(RM,350℃/RM,20℃)其中：RM,350℃为350℃叶轮原材料极限抗拉强度值；RM,20℃为20℃叶轮原材料极限抗拉强度值；σW,20℃为20℃工况下叶轮原材料的疲劳极限值；3)优化叶轮载荷运行工况，运行工况1：平均应力σm为常数，应力振幅σa为变值；运行工况2：应力振幅σa与平均应力σm之间比率为常数；绘制轴向力载荷FaH与转矩MC载荷工况下：平均应力σm与应力振幅σa曲线图，平均应力σm为横坐标，应力振幅σa为纵坐标；4)抗疲劳失效的安全因子S的计算与评定：工况1：S1＝σa,mar,1/σa工况2：S2＝σa,mar,2/σa其中：σa,mar,1，σa,mar,2＝(N,σa)为叶轮边缘线平均应力值；σa为叶轮实际最终应力振幅值；评定抗疲劳失效的安全因子S1/S2大于设计给定最小安全因子Smin，即满足设计要求。