[发明专利]作用于蒸汽发生器传热管上的泵致脉动压力载荷计算方法

说明书

本发明公开了作用于蒸汽发生器传热管上的泵致脉动压力载荷计算方法，包括：计算获得蒸汽发生器传热管对应主泵进出口的脉动压力时程数据；获得主泵位置的脉动压力幅值，获得泵位置的脉动压力；获得泵致脉动压力从泵位置传播到蒸汽发生器传热管弯管位置的缩放系数；获得传热管弯管位置的泵致脉动压力幅值；获得关于传热管弯管顶点对称与反对称的脉动压力幅值分布函数；计算得到泵致脉动压力在该弯管段的弯管平面内产生的正对称与反对称的泵致脉动压力载荷；建立起使蒸汽发生器传热管产生振动的泵致脉动压力载荷，为分析蒸汽发生器传热管在泵致脉动压力下的不利振动提供可用的载荷，为完善传热管的流致振动分析提供载荷输入。

技术领域

本发明属于核反应堆系统设备技术领域，具体涉及一种作用于蒸汽发生器传热管上的泵致脉动压力载荷计算方法。

背景技术

在反应堆冷却剂流体系统中，流体振荡导致的流致振动始终是存在的。激励形式可以是多种形式，如离散的漩涡脱落、湍流、泵致脉动压力。其中泵致脉动压力是引起主泵及一回路系统设备产生振动与噪声的一个重要激励源，泵致脉动压力激励特点是周期性的，可以描述成为由有限频率成分组成的。这种激励源如果与反应堆冷却剂系统的声学模态耦合，且可以导致共振，将会导致冷却剂环路中某些结构部件产生很高的交变载荷。

反应堆冷却剂泵(主泵)是核电站主回路内的主要旋转设备，由主泵引起的脉动压力(声压)是核电站中引起主设备部件疲劳失效的重要因素之一。主泵导致的脉动压力主要集中在轴频频率(转速)，一次叶片通过频率、二次叶片通过频率附近。当主泵的脉动压力频率和冷却剂主回路的声学固有频率接近时，又与某个传热管的固有频率接近时，在传热管上将产生较大的交变载荷，可使其发生疲劳失效。

蒸汽发生器是主回路中的关键设备，而传热管是其中的薄弱环节，要研究蒸汽发生器传热管在泵致脉动压力作用下会产生的不利影响，关键的一步需要确定导致传热管产生振动的泵致脉动压力载荷。

在现有技术中，对传热管的泵致脉动压力载荷的研究鲜有报道，现有的对传热管的流致振动载荷的研究几乎都集中于传热管的二次侧流体，而泵致脉动压力来自于传热管的一次侧流体，且属于声致振动问题，因此可以参考的现有技术几乎没有，未见与本发明相同或很相近的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于建立起使蒸汽发生器传热管产生振动的泵致脉动压力载荷，为分析蒸汽发生器传热管在泵致脉动压力下的不利振动提供可用的载荷，为完善传热管的流致振动分析提供载荷输入。

本发明将基于泵致脉动压力的特征和传热管的几何特点，建立起传热管的泵致脉动压力载荷计算公式。

为实现上述目的，申请提供一种传热管的泵致脉动压力载荷计算方法，所述方法包括：

1)通过主泵的流体实验，在主泵的正常运行条件下，测得主泵进出口附近的脉动压力时程数据，或是通过计算流体动力学软件模拟计算得到主泵进出口附近的脉动压力时程数据。

2)基于得到的脉动压力时程数据，通过离散傅里叶变化得到脉动压力幅值随频率变化的曲线，根据主泵的转速、叶片数确定主泵转频、二次转频、一次叶频、二次叶频，并在频谱曲线上得到对应的脉动压力幅值，最后取所有测点中脉动压力幅值的最大值作为泵位置的脉动压力幅值。

3)基于声学理论，建立反应堆一回路冷却剂系统的声学模型，计算泵致脉动压力在冷却剂回路中的传播，得到泵致脉动压力从泵位置传播到蒸汽发生器传热管弯管位置的缩放系数，考虑频率的不确定性，缩放系数取轴频、轴频倍频、一次叶频和二次叶频的±10％范围内的最大值，该项工作可以在商用软件ANSYS、ABAQUS平台上完成。

4)将主泵位置的脉动压力幅值(第2步得到的)与传热管弯管位置的泵致脉动压力缩放系数(第3步得到的)相乘，得到传热管弯管位置的泵致脉动压力幅值。