孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究

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1、孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究第26卷第4期2005年8月核动力工程NuclearPowerEngineering,,o1.26.NO.4Aug.2005文章编号:0258—0926(2005)04—0356-0

2、4孑L板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究毛庆.’,向文元2,张毅雄3,王伟3(1.西安交通大学.710049;2.大亚湾核电运营管理有限责任公司.广东深圳,5180313.中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术国家重点实验室.610041,成都】摘要:针对在役核电厂出现的核级管道系统强烈振动和噪声导致结构朱效的问题,采用数值模拟优先”的研究方法,通过数值计算分析和实验研究,发现节流孔板气蚀是诱发故障的根本原因,提出了工程改造方案÷系统改造后的现场调查和评估显示:在保证系统功能和结构完整性满足设计规范的前提下,管系的振动和噪声已控制在可接受的范围内:关键词:节流孑L板;气蚀;振动和噪声;系统

3、改造中图分类号:0353文献标识码:A1引言由于缺乏相应的规范和导则指导,设计者在设计时只能依赖于个人的设计经验考虑流致振动和噪声的影响.这种现状使得流致振动和噪声诱发的结构失效频繁出现【】J.为寻找故障产生的根源,研究者开展了现场调查,数值分析模拟和水力模拟实验研究.本文除简述故障原因分析的结果外,主要介绍为消除故障而采取的改进措施和现场改造的实施情况.为验证改进措施的有效性.在现场改造后进行了管道振动测量.并与改造前的测量结果进行了对比.2系统和故障描述作为核电站的一项专设安全设施,堆芯应急系统(EAS)用于发生失水事故(LOCA)时将硼水喷入安全壳,以降低安全壳内的压力和温度.本文研究的

4、试验管线用于进行喷淋泵的定期实验.以保证喷淋泵的可用性.为限制试验管线的流速.在管线上装有一个节流孔板(图1).在进行喷淋泵的定期试验时.试验管线发生了强烈振动和高达120dB的噪音,出现连接主管的小支管疲劳失效,现场割除了小支管,保留管座.然而,其后的定期试验再次出现管座位置开裂泄漏收稿日期:20054)4-19;修回日期:2005-06-15基金项目:四川省青年科技基金资助图1系统示意图Fig.1SimplifiedSystemSketch和主管焊缝疲劳失效这种睛况表明,诸如采取被动的割除小支管的方案不能从根本上解决问题,必须从试验管线强烈振动和高噪音的根源上寻找切实可行的解决方案.本文介

5、绍的研究工作就是:①寻找管线出现强烈振动和高噪音的根本原因;②提出切实可行的解决方案;(煨据解决方案实施现场改造和验证.3原因分析诱发工程管道振动和噪音的因素有机械共振,泵激振,流体湍流激振,声激振,旋涡脱落等等….通过试验管线现场振动测量发现,试验管线固有频率分布较为密集;振动响应功率谱密度高幅值区集中在低频段;孔板附近管道振动速度和噪音较高.并体现出脉冲特性.振动测量结果表明,孔板是激振源,但激振机毛庆等:孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究357制很难证实.根据工程判断.孔板气蚀可能是管线振动的根本原因.为证实这个判断,首先采用计算流体动力学(CFD)方法,分析孔板附近的流场.结果表明

6、,流经孔板后的水的压力低于饱和蒸汽压力.之后在实验室采用1/4比例模型进行水力模拟实验.重现现场由气蚀引起的振动和噪音现象.结果证实了CFD数值模拟的正确性.更详细的分析内容见文献【2】.4改进设计4.1改进要求在维持原有的系统功能和结构完整性的前提下消除振源和噪音.也就是说,改进设计必须维持原始设计流量,管道和支撑必须满足各类设计工况的应力要求.为满足上述要求,采用了数值模拟优先的研究方法.相对于直接进行试验研究的方法,数值模拟优先的方法充分发挥了数值计算适用条件广泛和费用低廉的特点.在本项研究中,首先采用CFD数值模拟的方法研究流体在各种运行状态下流经不同孔板时的流动模式,分析气蚀的可能性

7、;然后筛选出需要进行试验分析的工况条件.这样,在进行实验时可以将主要注意力集中在某一具体问题,如孔板安装位置,孔板形式和流量大小等等.采用这种研究方法并结合实验验证,确立了改进设计方案.4.2CFD数值模拟改进设计方案中采用多级孔板替代了原始设计中的单级孔板.孔板压降计算通常采用文献【3】中的经验公式计算.采用该经验公式要求孔板上游流动充分发展,但原始孔板安装不满足这一要求.因此,采用商用CFD软