[发明专利]一种离心泵动静部件间隙优化设计方法

说明书

本发明提供了一种离心泵动静部件间隙优化设计方法，采用反应谱和流固耦合相结合的数值计算方法，将地震力和流体激振力同时考虑，得到了余热排出泵多工况下叶轮口环处和叶轮出口处定量的变形。通过地震反应谱和瞬态流固耦合相结合的计算，采用考虑叶轮由于受到地震力和流体瞬态激振力影响的方法，得到余热排出泵多工况下动静部件间变形的规律，以优化余热排出泵动静部件间隙的设计。所述方法基于地震反应谱分析和流体诱导振动分析，使核电用离心泵动静部件间隙设计更加合理，为离心泵的结构设计提供更准确的计算结果，为核电用离心泵结构的优化设计提供新的设计思路和方法。

技术领域

本发明涉及核电用离心式余热排出泵领域，尤其是一种离心泵动静部件间隙优化设计方法。

背景技术

根据美国PDE数据库的统计数据，全球在近十年间共发生了6级以上地震1062起，7级以上地震161起，8级以上地震19起。2011年3月14日，由于抗震能力设计不足，日本福岛核电站面临爆炸的危险；2010年伊朗6.5级地震；2008年中国四川地震等。由于地震发生频繁，人们逐渐意识到地震的巨大危险，这些地震摆在工程人员面前，对我们的核电站抗震能力和地震反应分析方法提出了更高要求。

核电是一种清洁能源，在一个逐渐强调全球变暖、气候变化的大环境下，大力发展核能以满足电力需求和环境要求，优化能源结构，确保能源安全，已经成为政府和社会各界的共识。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，是最重要的核电二级设备之一。余热排出泵及其部件要求保持承压特性，完成充水，密封注水，高压安全注水。余热排出泵在核电站安全壳内。在反应堆正常停堆或事故停堆之后带出余热，以维持核电站安全运行。余热排出泵抗震要求为一级，有三个运行工况，流体流动对泵的结构有重要的影响。

地震反应研究主要是对建筑结构和桥梁而言，旋转机械的地震反应分析较少。在旋转机械的地震反应分析中，转子旋转未被很好地考虑，转子经常被简化为杆结构。定子部件传递给转子部件的力未能很好的考虑。考虑流体激振力的旋转机械的地震反应分析基本没有，只在容器和其它静止机械中被考虑。考虑流体激振力的地震反应分析基本没有。抗震分析的核心在于考虑地震力作用下，动静部件之间是否存在干涉和摩擦，是否满足设备的完整性和可运行性。到目前为止，地震反应分析均采用数值计算结合部分试验验证的方法。地震力的计算多采用反应谱法，对在安全停堆地震期间的机械进行应力、应变分析，再进行校核。而在现有的地震分析中没有考虑流体激振力，也没有将地震力和流体激振力作用下的变形来指导离心泵结构优化设计的相关报道。

发明内容

本发明的目的是为核电用离心泵提供一种离心泵动静部件间隙优化设计方法，所述方法基于地震反应谱分析和流体诱导振动分析，使核电用离心泵动静部件间隙设计更加合理，为离心泵的结构设计提供更准确的计算结果，为核电用离心泵结构的优化设计提供新的设计思路和方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种离心泵动静部件间隙优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)结构初步设计：根据离心泵技术要求，初步设计离心泵的结构；

(2)计算模型确立：根据初步设计的所述离心泵泵的结构及离心泵的安装固定方案，利用有限元软件建立所述离心泵动静部件有限元模型；

(3)结构静态分析：根据离心泵的结构设计，确定离心泵在事故工况和安全停堆地震工况下的地震载荷，地震载荷作用在底板上，阻尼比是2％，标高为4米，并以该地震载荷、所述离心泵的材料属性为输入条件，通过有限元软件对离心泵进行地震作用前的预应力分析，得到预应力；

(4)地震谱确定：根据楼层反应谱，拟合出人工地震波及人工地震波反应谱；

(5)模型强度分析：通过有限元软件，将预应力作为初始条件，以拟合的人工地震波作为地震荷载，经过地震反应计算得出离心泵的动部件在地震荷载作用下的变形量；