核电工程用齿轮泵机组底座的抗震分析及参数优化

论文摘要

核电用泵是核电工程设备中一个重要的组成部分，核电用泵和常规热电站用泵的最大区别就在于对泵可靠性和安全性的严格要求。由于核燃料的危害，在常态的情况下和紧急的情况下保证核用泵的正常工作十分重要。低压燃油泵机组是核电站柴油机应急发电辅助系统中的一个重要组成部分，由一台卧式同步电动机来驱动卧式齿轮油泵，泵轴与电机轴采用联轴器直接连接，齿轮泵与电动机安装在共用底座上。当核电站遇到外界的干扰停电时，主泵按照要求需要利用自身的惯性继续工作三分钟，与此同时，柴油机应急发电系统立即启动向主泵提供电能，保证主泵的不间断工作。低压燃油泵机组的作用就是向柴油机应急发电辅助系统的提供燃油。所以在紧急情况下(如大地震等)，低压燃油泵机组的底座安全显得十分重要。本课题是针对低压燃油泵机组的底座进行分析。在分析地震冲击载荷特性的基础上，结合机械动力学知识将底座简化为单自由度振动模型。由于水平方向地震的冲击力对底座的位移矢量及应力影响远大于竖直方向的影响，因此本文主要考虑地震横波对物体的影响，取横波的加速度分析底座所受地震冲击力，并探索应用ANSYS软件分析低压燃油泵机组底座在非正常状态下的位移矢量和应力状态。本文主要完成如下工作：(1)利用三维造型软件PRO／E对泵体、底座进行了实体建模、装配；(2)利用有限元软件ANSYS分析在受不同等级地震波(峰值)冲击下低压燃油泵机组底座的位移矢量、工作应力状态及分布，认为底座设计符合抗震性能要求；(3)结合分析结果对原设计尺寸泵机组底座的结果改进原设计尺寸，并对改进设计尺寸后的泵机组底座进行抗震分析，得到在SSE级地震下的位移矢量和工作应力状态的分布图，认为修改设计尺寸后的底座符合抗震性能要求；(4)通过分析比较认为，合理降低底座的高度尺寸是提高底座抗震性能的有效途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 绪论
• 一、课题研究的来源及意义
• 二、国内研究概况与本课题的创新点
• 三、课题完成主要研究工作
• 第一章 核电工程用齿轮泵简介及抗震的必要性
• 1.1 核电的优点
• 1.2 核电工程用齿轮泵的应用
• 1.3 抗震的必要性
• 1.3.1 地震的危害
• 1.3.2 地震对机械设备的破坏作用
• 本章小结
• 第二章 齿轮泵机组底座振动模型分析
• 2.1 单自由度的系统的力学模型及运动微分方程
• 2.2 无阻尼系统的自由振动
• 2.3 齿轮泵底座振动模型简化
• 本章小结
• 第三章 泵机组建模及分析
• 3.1 应用Pro/E建立燃油泵机组主要零件的三维模型
• 3.2 三维实体零件的装配
• 3.3 泵机组质心理论分析
• 3.3.1 坐标系的建立
• 3.3.2 泵机组质心位置计算
• 本章小结
• 第四章 模型计算中载荷及约束分析
• 4.1 有限元法简介
• 4.1.1 有限元法的概念
• 4.1.2 有限元法分析过程
• 4.2 模型计算中载荷与约束分析
• 4.2.1 有限元模型的建立
• 4.2.2 模型计算中载荷及约束分析
• 4.2.3 模型质心位置确定与分析
• 本章小结
• 第五章 基于ANSYS的核电工程用泵机组底座的抗震分析
• 5.1 ANSYS与Pro/E的接口设置
• 5.2 原设计尺寸下核用齿轮泵底座的抗震分析
• 5.2.1 利用ANSYS进行模态分析
• 5.2.2 地震惯性力抗震分析前处理
• 5.2.3 核用齿轮泵底座的受力分析
• 5.2.4 底座在各级地震作用下受力的有限元分析
• 5.2.5 底座在SSE级地震下受力的有限元分析
• 5.2.6 结果分析
• 本章小结
• 第六章 参数优化的齿轮泵机组底座的抗震分析
• 6.1 改进泵机组底座的设计尺寸
• 6.2 高度降低后底座的抗震分析
• 6.2.1 降低底座的高度尺寸
• 6.2.2 底座在SSE级地震下受力的有限元分析
• 6.3 壁厚减薄后底座的抗震分析
• 6.3.1 减薄底座的壁厚尺寸
• 6.3.2 底座在SSE级地震下受力的有限元分析
• 6.4 加梁后底座的抗震分析
• 6.4.1 梁与端面的添加
• 6.4.2 底座在SSE级地震下受力的有限元分析
• 6.5 参数优化后底座模态分析与结果分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢