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核电用消防水泵的抗震安全及内流场分析

作　者: 祝春艳
导　师: 段成红
学　校: 北京化工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 核电用消防水泵频谱分析法地震响应有限元数值分析内流场
分类号: TM623.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 72次
引　用: 1次
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内容摘要

随着石化、核电等工业的发展,大型设备、管道和精密装置逐渐得到使用,它们的抗地震性能也越来越受到重视,人们要求其在使用期间甚至包括地震期间也能够正常运转。因此,如何定量地分析它们在地震条件下的响应,确定其在地震时的运动情况、变形情况和受力情况,就成为抗震分析所要解决的主要问题。本文以单级单吸式核电厂用消防水泵为研究对象,采用有限元技术,对其进行抗震安全及内流场分析。本文通过有限元软件ANSYS建立了某核电用消防水泵机组的抗震有限元模型。分析首先采用地震频谱法计算出水泵在三维SSE地震载荷作用下的响应,其次计算水泵在静载荷作用下的响应,然后将这两种工况下的计算结果叠加就得到水泵在三维SSE地震事故工况下的各种响应。根据这些响应结果,考察了口环径向间隙的变化量、螺栓及螺柱的受力、法兰密封、轴承载荷、泵壳强度及转子轴强度、结果发现它们均满足相应的要求,即该水泵在SSE地震事故工况下能够保证结构的整体性、密封性和可运行性。本文还考察了静载荷和地震载荷对泵机组作用所占份额的大小。本文采用FLUENT软件,运用SIMPLEC算法及标准κ-ε湍流模型对消防水泵内三维流场进行了数值模拟。分析时,将消防离心水泵的叶轮和泵体作为一个整体,并考虑流体的不可压缩性、粘性和湍流流动性。研究结果揭示了泵内流道的压力及速度分布规律,并表明泵体的非对称结构、以及叶轮、泵壳间的小间隙等因素导致了内流场的非对称性。该研究为消防泵的性能预测、水力设计及优化设计提供了计算参考。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-17
第一章绪论  17-27
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  17
  1.2 核电用消防水泵的抗震分析概述  17-23
    1.2.1 消防水泵类型  17-18
    1.2.2 核电用消防水泵抗震指标  18
    1.2.3 系统地震响应分析方法  18-22
    1.2.4 核电用消防水泵的抗震有限元分析  22-23
  1.3 核电用消防水泵的内流场数值分析概述  23-24
    1.3.1 泵内流场的分析  23-24
    1.3.2 泵结构的优化  24
  1.4 本论文的研究内容  24-27
第二章核电用消防水泵的技术资料  27-33
  2.1 核电用消防水泵基本技术参数  27
  2.2 核电用消防水泵的地震频谱及接管载荷  27-29
    2.2.1 楼层地震响应频谱的有关说明  27-28
    2.2.2 接管载荷数据  28-29
  2.3 载荷组合工况、安全准则和安全判据  29-32
    2.3.1 载荷组合工况和适用的安全准则  29-30
    2.3.2 消防水泵的整体性判据、可运行性判据及相应的极限值  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章核电用消防水泵的抗震有限元模型及计算结果  33-63
  3.1 有限元法及有限元软件  33-36
    3.1.1 有限元法  33-34
    3.1.2 有限元分析的基本框架  34-35
    3.1.3 有限元软件ANSYS介绍  35-36
  3.2 核电用消防水泵机组的有限元模型  36-40
    3.2.1 几何模型  36-38
    3.2.2 材料属性  38
    3.2.3 单元类型  38
    3.2.4 网格划分  38-40
  3.3 载荷  40-43
    3.3.1 三维SSE地震载荷  41-42
    3.3.2 事故工况下静力载荷  42-43
  3.4 约束条件  43-44
  3.5 网格密度测试  44
  3.6 有限元计算结果  44-61
    3.6.1 核电用消防水泵机组有限元模态分析结果  45-46
    3.6.2 核电用消防水泵受三维SSE地震载荷的有限元频谱分析结果  46-54
    3.6.3 核电用消防水泵受事故工况静载荷的有限元静力分析结果  54-61
  3.7 本章小结  61-63
第四章在地震事故工况下核电用消防水泵的运转校核  63-77
  4.1 口环径向间隙的校核  63
  4.2 螺栓校核  63-71
    4.2.1 紧固螺栓的校核  64-69
    4.2.2 地脚螺栓的校核  69-70
    4.2.3 受力最大的螺栓位置及数值  70-71
  4.3 法兰密封的校核  71-73
    4.3.1 法兰密封校核的方法  71-72
    4.3.2 核电用消防水泵的法兰密封校核  72-73
  4.4 轴承载荷校核  73-74
  4.5 泵壳的强度校核  74-75
  4.6 转子轴的强度校核  75
  4.7 本章小结  75-77
第五章核电用消防水泵的内流场数值分析  77-91
  5.1 有限元软件FLUENT介绍  77-79
    5.1.1 程序的结构  77
    5.1.2 FLUENT程序可以求解的问题  77-78
    5.1.3 FLUENT程序求解问题的步骤  78-79
  5.2 计算流体动力学概述  79-81
    5.2.1 计算流体动力学简介  79-80
    5.2.2 湍流模型简介  80-81
  5.3 基于FLUENT的泵内流场的数值模拟  81-90
    5.3.1 泵内流体数值模拟前的简化假设  81-82
    5.3.2 流体物性  82-83
    5.3.3 几何模型  83-84
    5.3.4 边界条件  84-85
    5.3.5 网格划分及测试  85
    5.3.6 结果分析  85-90
  5.4 本章小结  90-91
第六章结论与展望  91-93
  6.1 结论  91-92
  6.2 课题研究的展望  92-93
参考文献  93-97
致谢  97-99
研究成果及发表的学术论文  99-101
作者和导师简介  101-102
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  102-103

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