Улучшение вибрационных характеристик насосов реакторных установок за счет оптимизации конструкции

Автор: Дмитрий Евгеньевич Бесчеров

Соавторы: М.Н. Ереев, Д.А. Куликов, М.Г. Маслов, М.С. Порфирьев, Д.В. Савчук

Организация: АО «ОКБМ Африкантов»

К современным центробежным насосам реакторных установок предъявляются требования по низкому уровню вибрации и шума.

Наиболее важным следствием воздействия вибрации на насос является накопление повреждений при циклическом изменении нагрузки. Этот процесс приводит к образованию и распространению трещин, которые в конечном итоге разрушают конструкцию.

Виброактивность центробежного насоса определяется тремя факторами: конструкцией, технологией изготовления и условиями эксплуатации. Все факторы взаимосвязаны между собой.

Задача исследования вибрационных характеристик центробежных насосов актуальна для современных реакторных установок и требует комплекс связанных расчетов гидродинамики и вибрации. Методы расчетного компьютерного моделирования на основе современных программных средств и суперЭВМ позволяют проводить такие исследования, которые в дальнейшем подтверждаются испытаниями на стендах.

В качестве объекта исследования в данной работе рассматривается центробежный насос, обеспечивающий выбранные гидравлические характеристики:

- расход Q = 60 м/³ч;

- напор Н = 30 м.

Обеспечение требующихся вибрационных характеристик центробежного насоса проводится в результате расчетного исследования методами компьютерного моделирования.

Расчетное исследование включает в себя решение следующих задач:

- определение основных источников вибрации насоса;

- разработка концепции расчетного моделирования роторной системы и корпуса насоса;

- адаптация программного и аппаратного обеспечения;

- определение влияние варианта проточной части и возникающих гидродинамических сил на вибрационные характеристики насоса;

- определение вибрации, передаваемой на корпус насоса в результате вращения ротора;

- анализ результатов исследования.

Анализ влияния варианта проточной части на вибрационные характеристики насоса проводится по методике, прошедшей верификацию в АО «ОКБМ Африкантов» на насосе прототипе. Методика позволяет получать, с использованием метода конечного элемента, расчетные результаты, хорошо совпадающие с экспериментальными.

При расчетном исследовании рассматриваются варианты проточной части насоса с выбранными гидравлическими характеристиками. Для каждого варианта используются конечно-элементные модели корпуса насоса (рисунок 1), по которым проводятся гидродинамические и вибрационные расчеты.

По результатам расчетного исследования определено, что полнопроточная одноступенчатая конструкция насоса обладает лучшими вибрационными характеристиками, чем прототип и может быть рекомендована для реакторной установки.