核主泵叶轮湿模态特性分析与实验研究

摘要

核主泵叶轮的湿模态特性分析对于保证核主泵结构长期、稳定、可靠运行有着重要意义。在设计阶段，准确估算核主泵叶轮在运行环境下的固有频率是进行核主泵可靠性分析及其它分析的基础和前提。由于水介质的作用，叶轮在水介质中和空气中的固有频率有明显的差异，可以简单的理解为，在水介质中叶轮表面产生了一层附粘水质量，改变了该叶轮固有的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵，从而导致了叶轮在水介质中固有频率的不确定性。
　　在核主泵叶轮运行环境中，叶轮处于十分复杂的压水室边界条件下高速旋转，而复杂的边界条件会对叶轮的固有频率产生一定的影响。针对上述的问题，本文将核主泵等截面近圆形压水室内腔简化为圆柱形水域空间，通过改变不同水域区间的大小，获到了水介质中附近刚性表面到叶轮轮缘的距离对叶轮固有频率的影响趋势，结果表明叶轮轮缘与附近刚性表面的距离减小，叶轮的固有频率呈现减小的趋势。
　　为了确定在水介质中叶轮轮缘与附近刚性表面距离减小，叶轮固有频率的下降幅度，本文进一步研究了弹性结构在水介质中受到刚性表面和自由液面影响，结构表面附粘水质量和固有频率变化趋势的问题。论文中采用叶轮简化的圆盘结构模型，分别以圆盘上表面到自由液面距离A的变化、圆盘下表面到附近刚性表面距离B的变化为变量，来探究此时附粘水质量和固有频率的变化趋势。最后本文对在水介质中圆盘结构进行模态测试实验，以实验结果对数值计算结果进行比对验证，对比表明，实验结果和数值计算结果的误差在10％以内，满足工程精度要求，同时也证明了本文模拟计算结果的合理性。
　　本文所研究的内容和结论为下一步更深入研究核主泵可靠性设计、叶轮优化设计和强度校核等方面奠定良好的基础及提供有益指导。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 课题的研究目的和意义

1．3 核主泵简介

1．4 课题研究现状

1．4．1 模态分析发展及应用

1．4．2 水介质中弹性结构湿模态分析研究现状

1．5 本文的主要研究内容

2 模态测试理论基础及结构声场耦合有限元方程的介绍

2．1 模态分析基本理论

2．2 测试对象的固定方式、悬挂、激励位置的确定及模态参数识别

2．2．1 实验对象的固定方式

2．2．2 最佳悬挂位置

2．2．3 最佳激励位置

2．2．4 模态参数识别方法

2．3 结构声场耦合有限元方程

2．4 本章小结

3 核主泵叶轮湿模态分析

3．1 湿模态概述

3．2 湿模态分析方法

3．2．1 理论方法

3．2．2 附件质量法

3．2．3 流固耦合法

3．3 离心力及流场作用下叶轮的模态分析

3．3．1 离心力对叶轮模态的影响

3．3．2 流场压力对模态的影响

3．4 水介质中叶轮的模态分析

3．4．1 计算模型及分析

3．4．2 计算结果及分析

3．5 本章小结

4 圆盘在水介质中的模态分析

4．1 计算模型分析及节径

4．1．1 计算模型分析

4．1．2 节径

4．2 计算结果及分析

4．2．1 自由液面对圆盘固有频率的影响

4．2．2 刚性表面对圆盘固有频率的影响

4．3 本章小结

5 水介质中圆盘模态测试实验

5．1 实验的主要设备及测试对象

5．2 圆盘水介质中模态测试过程

5．3 实验结果及分析

结论与展望

参考文献

致谢