[发明专利]反应堆冷却剂泵叶轮完整性分析方法

权利要求书

1.一种反应堆冷却剂泵叶轮完整性分析方法，其特征是：采用叶轮水力模型试验测的叶片压力分布，水力模型载荷与真机载荷对比获取载荷因子，计算得出真机叶片压力分布，导入商业软件进行叶轮应力及变形量计算：

一、叶轮应力分析计算：

1)假设从叶轮叶片尖部到叶片根部压力趋势为线性径向滑移，沿着圆周方向无压力滑移；

2)水力模型试验测的模型泵叶片进口边翼尖点P1_M、叶片根部点P2_M压力，叶片中部翼尖点P3_M、叶片根部点P4_M压力，叶片出口边翼尖点P5_M、叶片根部点P6_M压力，测点值作为评定点；

3)计算冷态额定工况下叶轮真机轴向力及转矩；

推力因子计算：

KF＝F_M/(ρ_M*g*H_M*D_M²)

KM＝M_M/(ρ_M*g*H_M*D_M³)

KF为叶轮轴向力推力因子；

KM为叶轮力矩因子；

F_M为模型泵叶轮轴向力，模型试验测量；

M_M为模型泵叶轮转矩，模型试验测量；

ρ_M为模型泵水密度；

g为重力加速度；

H_M为模型泵扬程；

D_M为模型泵叶轮外径；

真机轴向力及转矩计算：

F_p＝KF*ρ_P*g*H_P*D_P²

M_Z＝KM*ρ_P*g*H_P*D_P³

F_p真机叶轮轴向力载荷；

M_Z真机叶轮转矩载荷；

ρ_P为真机冷态运行水密度；

g为重力加速度；

H_P为真机泵扬程；

D_P为真机叶轮外径；

4)将水力模型试验测点(P1_M、P2_M、P3_M、P4_M、P5_M、P6_M)压力值导入Ansys计算获取测点压力下真机轴向力F'与力矩M'；

5)叶轮真机轴向力F_p叶片表面压力换算：

K＝F_p/F'

K为轴向力载荷换算因子；

换算至真机叶轮叶片进口边翼尖点P1_P、叶片根部点P2_P压力：

P1_P＝K×P1_M

P2_P＝K×P2_M

换算至真机叶轮叶片中部边翼尖点P3_P、叶片根部点P4_P压力：

P3_P＝K×P3_M

P4_P＝K×P4_M

换算至真机叶轮叶片出口边翼尖点P5_P、叶片根部点P6_P压力：

P5_P＝K×P5_M

P6_P＝K×P6_M

6)叶轮真机转矩M_Z叶片表面压力换算：

K₁＝M_Z/M'

K₁为转矩载荷换算因子；

换算至真机叶轮叶片进口边翼尖点P1_Z、叶片根部点P2_Z压力：

P1_Z＝K₁×P1_M

P2_Z＝K₁×P2_M

换算至真机叶轮叶片中部边翼尖点P3_Z、叶片根部点P4_Z压力：

P3_Z＝K₁×P3_M

P4_Z＝K₁×P4_M

换算至真机叶轮叶片出口边翼尖点P5_Z、叶片根部点P6_Z压力：

P5_Z＝K₁×P5_M

P6_Z＝K₁×P6_M

7)将步骤5)与步骤6)计算压力载荷导入商业软件进行叶轮应力强度及变形量分析；

二、叶轮疲劳失效分析:

通过计算叶轮整个运行周期内经受的载荷周期循环，修正叶轮原材料性能参数、叶轮运行工况温度获取周期循环下的疲劳极限；优化叶轮载荷运行工况，计算得出相应载荷下的最大应力幅度的安全因子与设计安全因子对比分析，确认疲劳安全性；

1)计算叶轮整个运行周期内经受的载荷周期循环数：

L_f＝n*60*24*365*y*z

其中：

n为叶轮额定转速；

z为主泵导叶体叶片数量；

y主泵设计寿命；

2)根据实验室数据获得主泵叶轮相应材料室温20℃工况下的疲劳极限值σ_W,20℃，按照以下公式修正至叶轮运行工况下疲劳极限值：

σ_W,350℃＝σ_W,20℃*(R_M,350℃/R_M,20℃)

其中：

R_M,350℃为350℃叶轮原材料极限抗拉强度值；

R_M,20℃为20℃叶轮原材料极限抗拉强度值；

σ_W,20℃为20℃工况下叶轮原材料的疲劳极限值；

3)优化叶轮载荷运行工况，

运行工况1：平均应力σ_m为常数，应力振幅σ_a为变值；

运行工况2：应力振幅σ_a与平均应力σ_m之间比率为常数；

绘制轴向力载荷F_aH与转矩M_C载荷工况下：平均应力σ_m与应力振幅σ_a曲线图，平均应力σ_m为横坐标，应力振幅σ_a为纵坐标；

4)抗疲劳失效的安全因子S的计算与评定：

工况1：S₁＝σ_a,mar,1/σ_a

工况2：S₂＝σ_a,mar,2/σ_a

其中：

σ_a,mar,1，σ_a,mar,2＝(N,σ_a)为叶轮边缘线平均应力值；

σ_a为叶轮实际最终应力振幅值；

评定抗疲劳失效的安全因子S₁/S₂大于设计给定最小安全因子S_min，即满足设计要求。