核电站主蒸汽隔离阀气流诱发振动与噪声问题研究

摘要

国家大规模发展核电要求核电技术自主化和制造国产化，普通核级阀门国内已经具备设计和制造能力，已实现国产化，但高要求的关键阀门如主蒸汽隔离阀，由于其技术要求严、安全系数高，国内尚未完成自主研发，是核电装备“以国代进”中的重点攻关项目之一。国内某些核电站在运行过程中其主蒸汽隔离阀出现过振动剧烈、噪声超标的现象，最终导致阀门部件磨损。针对这一状况，以为主蒸汽隔离阀自主化生产提供技术支撑的目的，本文进行了以下一系列研究： 应用PRO/E软件对主蒸汽隔离阀流道进行三维建模，结合CFD软件FLUENT，通过有限元数值计算方法对主蒸汽隔离阀内三维湍流蒸汽流场进行模拟分析。基于时均化流场计算和大涡模拟两种途径，研究三维湍流场的流动特性，找出产生振动和噪声的流场诱因。 在对主蒸汽隔离阀所在管路系统及其本身进行三维建模的基础上，利用有限元分析软件ANSYS分别对管路系统进行结构模态分析，对主蒸汽隔离阀阀腔、阀体及进出口管道所组成的声腔结构进行声学模态分析，研究找出蒸汽湍流与结构本身的声振耦合关系，并结合试验分析的手段加以验证。 利用以上方法，对国内自主研发的主蒸汽隔离阀的新设计结构进行验证，在消减主蒸汽隔离阀振动及噪声现象的方面对结构优化设计提供建议。