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核潜艇是我国国防建设中重要的海洋防御力量,由于使用核动力,核潜艇被敌人反潜兵力发现的可能性只有常规潜艇的十分之一,是确保二次核打击能力的基础,具有非常显著的战略意义。核反应堆可以提供核潜艇在水下潜伏长达数年的动力,其动力装置产生的高温高压介质通过循环泵送入蒸汽发生器,促使透平机的叶轮旋转,从而驱动螺旋桨旋转。 作为核潜艇上的主循环泵,较常规泵的最大区别就在于前者对泵的可靠性和安全性有极其严格的要求,因其介质具有高温、高压、强辐射的特点,泄漏后会威胁到潜艇内人员和设备的安全。一般,由于屏蔽泵的密封结构具有无泄漏的优点,通常被作为主循环泵来使用。 由于海上环境的特点,潜艇在实际使用过程中会受到海浪引起的倾斜、摇摆的影响,甚至被攻击后的冲击载荷等不利因素的影响,直接威胁到核潜艇上设备的正常运行。因此对主循环泵等设备的结构完整性和可运行性提出了更严格的要求,其安全分析除考虑静态载荷外,还需要考虑上述各种动态载荷的组合。 本文将通过有限元分析方法对应用于某潜艇的循环主泵进行安全分析,根据设计规范,该泵需满足核安全一级标准,因此其结构采用了立式屏蔽离心泵。通过全面分析,验证该离心泵的设计是否达到核安全一级要求并满足艇载设备的运行条件。主要内容如下: 首先,按照设计方提供的主循环泵零部件图纸,采用SOLIDWORKS软件建立该泵的三维模型。考虑到有限元分析的特点,对有些零件进行适当简化; 其次,建立了泵机组的有限元分析模型,并考虑水压试验的工况,完成了水压试验压力下泵机组的强度分析; 接着,利用有限元方法完成设计工况下主循环泵的静力分析、模态分析,再考虑水下进攻和水下受攻击时引起的冲击载荷谱,分析该泵关键零部件的冲击响应,得到主循环泵关键零件的动态响应。同时按照GJB150.23A-2009的要求,对倾斜和摇摆条件下,泵的主要零部件的应力进行分析; 最后,按照ASME压力容器设计规范中核一级设备的要求对该泵进行结构完整性分析,并且针对泵的支撑结构在连续摇摆下的疲劳寿命进行计算。 通过上述安全分析,验证了该泵达到了设计要求,为进一步提高设计能力提供了参考。