三代非能动核电站余热排出泵转子临界转速分析.pdf

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1、三代非转子临界转速分析上海核工程研究设计院(200233)周文霞钟云【摘要】以三代非能动核电站正常余热排出泵转子系统为研究对象，建立泵转子及泵机组的有限元模型，采用耦联计算得到转子系统的第一阶临界转速为1872r／min，比通过解耦计算得到的结果小8％，其结果更加接近实际。分析结果表明，转子第一阶临界转速大于泵工作转速的20％，满足规范书的要求。【关键词】余热排出泵有限元临界转速耦联计算一、刖吾RNS正常余热排出泵(以下简称“余排泵”)是三代非能动核电站辅助厂房内正常余热排出系统(RNS)的主要设备之一，也是三代非能动核电站中除主泵以外的唯一核级泵。其主

2、要功能为：1)在停堆运行时提供反应堆冷却剂的余热排出。2)在自动卸压系统(ADS)起动后，从乏燃料池．冷却系统(SFS)装料池向JRCS提供低压补水。3)在需要时，提供安全壳内置换料水箱的余热排出。4)事故后向RCs提供长期的补水通道。余排泵的设备分级为C级，属于安全3级、抗震I类设备。余排泵设备规范书中要求确定泵机组转动部件的临界转速，确保泵的工作转速远离临界转速以避免剧烈振动引起的泵机组损坏。上述要求是确认泵机组结构设计合格的必要条l件，通过转子临界转速分析考察国内某泵制造厂自主设G棚通用柏蔚、vmv．e蜘x．coIll2017年第8期计的余排泵是否

3、满足上述要求。二、临界转速计算方法临界转速在数值上等于转子固有频率对应的转速，一般泵设计资料中和泵厂提供的分析中，转子临界转速分析采用的模型是一个独立的转子系统模型，由于其忽略了支撑系统刚度的影响，会造成计算的临界转速偏高。除非支撑系统刚性很大，方可这样分析，但要满足以下解耦条件。符合下列情况之一时，可解耦：1)A。<0．01。2)O．01≤A。≤0．1，且Af≤0．8或^f≥1．25(注：A。为被支撑的子体系的总质量与主体系的总质量之比，A，为被支撑的子体系的基本频率与主体系的主导频率之比)。本文研究的余排泵其转子系统总重635kg，泵机组总重4300

4、kg，A。=O．14，不符合解耦的条件。因此临界转速分析应考虑支撑系统的影响，本文正是建立了余排泵机组(包括转子组件)模型，对转子系统的临界转速进行分析。三、余热排出泵转子系统模型余排泵的结构如图1所示。该泵为立式单级离心泵，泵轴与电动机轴通过刚性联轴器连接，泵轴上布置有一水导轴承承受径向力，电动机轴上有一导轴承和推力轴承分别承受径向力和轴向力。整台泵由三根工字钢立柱支撑，泵进口为垂直方向，泵出口为水平方向。赫

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7、薹通弼力菥雹：董M：薹G荫L一一J图1余排泵的结构模型1泵出I：12．电动机3电动机支架4．泵盖5泵壳6．泵进I：1由于该泵的结构复杂

8、，建立泵的三维实体力学模型比较困难，为便于研究，在保证一定计算精度的前提下，将该泵模型进行适当的简化，简化的有限元模型如图2所示，在简化的过程中遵循以下原则：1)将具有较大质量的部件作为质量的集中点，如将泵壳、泵盖、电动机、叶轮和联轴器等简化为集中质量点，采用mass21单元模拟。2)转子和电动机壳简化成管，采用pipel6模拟，图2余热排出泵有限元简化模型泵体2冷却器3电动机架4电动机壳5电动机转子6联轴器7轴套8叶轮雹力通用祝秘GMi￡，，i#jIYle‘舯ttf锄i付§电动机支架和泵辅助支撑简化成梁，采用beam44单元模拟。3)将联结刚度很大的两

9、个联结零件看作一个整体，节点之间采用刚性连接，如泵壳与泵盖之间。4)电动机轴承和导轴承采用弹簧单元进行模拟。建立的泵和电动机有限元模型如图2所示，该模型未包括支撑。四、转子临界转速分析1．边界设置对三根工字钢立柱下端与地面连接处设置为固定点，由于缺少资料，进出口接管处与工艺管的连接刚度被忽略，泵进出口处理成自由端，这会造成频率偏低，对于本分析，第一临界转速比额定工作转速高，这样处理是保守的。对模型进行模态分析，提取前10阶固有频率及振型。2．结果和对比分析从下表中得知，第一阶固有频率为31．2Hz，其相应的振型如图3所示。前10阶固有频率表幽l23456

10、789lO圈，∽3I739．I39．344．965．3655898103．O106．3转子第一阶临界转速即为：n=60f=-1872r／min>120％×工作转速上式中工作转速为1488r／min。可以得知，余排泵的轴为刚性轴，其第一临界转速应比额定工作转速高出20％，满足了设备规范书的要求。图3耦联计算方法的第一阶振型通用2017年第8期、、、、、、．cbjx若通过传统的方法计算，建立独立的转子系统模型，第一阶固有频率为33．715Hz，其振型如图4所示。第一阶转子临界转速为2022．9r／min，比本文采用耦联计算方法得到的临界转速大T8％。图4传统

11、计算方法的第一阶振型五．结语采用模拟单元建立泵机组及转子系统的有限元模型，模型相