安全壳人员闸门双密封结构泄漏率模型及阻尼特性分析

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安全壳作为核电站纵深防御系统的最后一道实体屏障,其气密性对核电站安全有着重要意义。人员闸门等贯穿件是安全壳的主要泄漏源之一,有必要对其密封性能展开研究。人员闸门多采取双密封结构,而这类密封结构的泄漏规律和影响因素还未得到充分研究。本文在静密封泄漏机理与双密封结构泄漏特性研究基础上,给出了针对安全壳人员闸门双密封结构的泄漏率数值计算方案。首先,基于粗糙表面数值重构和微孔结构介观尺度流动分析相结合的方法,对气体流过密封界面的压降特性进行了数值研究;引入了无量纲流量以及无量纲压降,构建了无量纲形式的界面泄漏率计算公式,有效地拓展了数值结果的应用范围;进一步通过流阻分析的方法,建立了双密封结构泄漏率理论预测方法,并基于已有文献的实验数据对上述模型和方法进行了有效性验证。其次,应用上述模型和方法对某种人员闸门的泄漏特性展开研究,建立了内外侧密封圈的流阻计算公式;由此对三种非稳定工况(内压突增,内压持续增长及内外侧密封圈性能退化)下泄漏的阻尼特性进行探讨,结果表明:系统稳定后的泄漏率大小与内压变化过程无关,只与内压变化后的终值有关;在引起的流阻变化相同的情况下,内外侧密封圈衰退对密封系统阻尼特性影响一致。最后,针对大口径闸门,探讨了事故工况引起的法兰密封面翘曲,并进一步分析了法兰翘曲对闸门密封系统泄漏特性的定量影响。结果表明:法兰翘曲对内侧密封圈的影响大于外侧,其对人员闸门气密性有着较大的影响,在气密性评估中不能轻易将其忽略。本文基于界面微孔结构流阻分析和闸门密封结构泄漏特性跨尺度仿真技术,提出一种适用于大口径闸门双密封结构的多参数泄漏率预测模型,该模型不依赖于试验研究数据,可以较好地用于对事故工况下人员闸门的泄漏特性进行定量分析和对同类型密封结构进行优化设计和性能评估。
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