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余热排出泵是核电站一回路余热排出系统的重要组成部分,在高温高压的环境中运行,对泵的可靠性和使用寿命有严格的要求。目前对余热排出泵的运行可靠性研究比较少,因此,对余热排出泵的可靠性研究有其重要意义。主要研究内容和成果如下: (1)余热排出泵结构及水力设计。介绍了余热排出泵的结构、工作原理、运行环境及设计要求。对叶轮、导叶及压水室进行水力设计,绘制木模图,叶轮设计成闭式叶轮,采用径向导叶,压水室设计成环形结构。 (2)余热排出泵数值模拟。应用CFX软件对余热排出泵进行全流场数值模拟,分析不同工况下余热排出泵的内部流动特性。从压水室数值模拟的压力云图可以看出,随着流量的增大而压力逐渐减小;在小流量工况下,叶轮内均有不同程度的漩涡。余热排出泵性能预测:额定工况点扬程83.1m,效率79.1%,均满足设计要求。 (3)余热排出泵压水室可靠性研究。根据核电规范,作用于压水室的载荷主要包括内压、热应力和接管载荷,分别计算压水室在以上三种载荷下的应力分布,得出最大薄膜应力为90Mpa,小于1.1倍许用应力,同时最大薄膜应力+弯曲应力为192.6Mpa,小于1.65倍许用应力,压水室满足强度设计要求,保证了余热排出泵的安全稳定运行。 (4)余热排出泵转子可靠性研究。应用Ansys workbench软件对余热排出泵叶轮进行热分析,叶轮出口处热变形0.273mm,口环上热变形0.174mm,均小于许用变形量。对泵转子进行模态分析,计算出泵转子的固有频率以及临界转速,分析泵运行过程中转子发生共振的可能性,模态分析表明:泵转子固有频率为121.0Hz,水力激振频率为173.8Hz,水力激振频率在固有频率的危险范围(±10%)之外;泵转子临界转速最大值为7410r/min,最小值为7122r/min,均大于额定转速1490r/min,满足可靠性要求。 (5)余热排出泵外特性试验研究。试验表明,额定工况下泵扬程81.83m,效率79.6%,比设计效率提高3.6个百分点。将试验结果与数值模拟结果进行对比分析,数值模拟的性能曲线与试验曲线相吻合,误差在允许范围内,数值模拟可以较准确地预测余热排出泵的外特性。