反应堆冷却剂泵叶轮的有限元分析.docx

本科毕业论文 题 目： 反应堆冷却剂泵叶轮的有限元分析 学 专 院： 业： 机械工程学院 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 完成时间： 摘 要 摘 要 反应堆冷却剂泵（以下简称主泵）是压水堆冷却剂环路系统中唯一高速运转的机械 设备，其稳定性及可靠性直接影响核电站的运行状况。对于主泵来说，叶轮起着将冷却 剂加压加速改变流动方向的作用，叶轮对主泵的性能影响最大。 为了研究核主泵叶轮的振动特性、强度刚度特性以及疲劳特性，进而为离心泵的水 力优化设计提供理论参考，以华龙一号 M310 单级立式离心泵叶轮为研究对象，应用有 限元软件进行数值模拟。 主要工作及成果如下： （1）根据 M310 核主泵的设计参数，应用 CATIA 软件绘制了与叶轮参数 1:1 大小 的三维模型，导入到 ANSYS 的 Workbench 模块，生成有限元模型。 （2）对叶轮有限元模型进行了合理的网格划分。 （3）模拟实际运行工况，对叶轮有限元模型施加运行工况载荷和约束条件并进行 了静力学分析，包括位移形变和应力应变分析，结果显示，叶轮最大形变在叶片边缘， 应力应变主要集中在叶片的根部，也就是冷却剂出口位置。 （4）考虑到叶片根部圆角大小对叶轮的影响，对不同根部圆角大小的叶轮进行了 静力学分析，结果显示，适当增大叶轮根部圆角，可以减小位移形变、降低应力应变集 中程度。 （5）找出了最大应力应变所对应的位置，进而对叶轮结构进行了模态分析及相应 的频率响应分析，得到前 8 阶模态固有频率，并得到了对应频谱内的 PSD 响应谱。运 用三区间法则，对叶轮疲劳特性进行了分析与总结。 关键词：核主泵叶轮；ANSYS Workbench；静力学分析；模态分析；疲劳分析 I Finite Element Analysis of Reactor Coolant Pump Impeller ABSTRACT The reactor coolant pump (hereinafter referred to as the main pump) is the only high-speed operation mechanical equipment in the pressurized water reactor coolant loop system, and its stability and reliability directly affect the operation status of the nuclear power plant. For the main pump, the impeller acts to accelerate the coolant and change the flow direction. The impeller has the greatest influence on the performance of the main pump. In order to study the vibration characteristics, strength and stiffness characteristics and fatigue characteristics of the nuclear main pump impeller, and then provide theoretical reference for the hydraulic optimal design of the centrifugal pump, the Hualong No. 1 M310 single-stage vertical centrifugal pump impeller as the research object, using finite element software Numerical Simulation. The main work and achievements are as follows: (1)According to the design parameters of the M310 main pump, a three-dimensional model with a 1:1 size of the impeller parameters was plotted using CATIA software, imported into the ANSYS Workbench module, and a finite element model was generated. (2)Reasonable grid division of the finite element