原创《海洋工况下稳压器自由液面晃荡效应分析与预防措施》：本论文主要论述了稳压器论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。
摘 要：自由液面晃动问题对海洋浮动平台反应堆系统稳压器的稳定运行及一回路冷却剂系统的压力稳定性有着很大的影响.为了保证稳压器及压力安全系统的稳定运行,对反应堆一回路系统主设备稳压器内自由液面在运行期间的晃荡效应及其潜在影响进行了分析,在此基础上开展对应的预防措施研究,结合稳压器自身结构给出了可行的防晃措施,对海洋工况下的稳压器设计提供了参考.
关键词：海洋工况；稳压器；晃荡效应；预防措施
中图分类号： U661 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）36-175-2
1 概述
液体晃荡现象在工程各个领域广泛存在,如航空航天中飞机发动机油箱内燃油的晃动、航天器中液体推进剂的晃动、陆上的大型油罐运输车以及海上大型载液货轮内油品等液体的晃动等,都属于该现象.从广义范畴讲它是指容器内液体介质的运动.除空载和满载外,任何一个载液系统在一定条件下都可能发生晃荡现象.晃荡效应对设备及系统的稳定性和安全性造成负面影响,严重时会导致设备损坏、介质泄露等安全事故.
随着核电技术的发展,海上小型堆作为一种新的技术,受到国内外核电领域的广泛关注,其关键技术是将核电反应堆系统跟海上浮动平台结合,实现小型化、模块化及可移动等.其中,稳压器作为控制其反应堆冷却剂系统压力稳定的关键设备,其主要功能是在反应堆启堆、停堆、稳态运行、正常功率变化及各种事故工况下,它与相应的系统协调工作,借助电加热元件的加热形成蒸汽和喷淋系统喷淋冷水冷凝蒸汽使饱和水—饱和汽处于两相平衡状态,维持和控制冷却剂系统压力稳定.而稳压器内介质为60%的饱和水和40%的饱和蒸汽,因此存在汽水界面.在海洋工况下,稳压器会随浮动平台一起在风、浪、流等环境载荷的作用下,会产生横荡、纵荡、横摇、纵摇、升沉、平摇6个自由度的运动.同时稳压器内自由液面会随船体的摇摆而发生晃荡现象.
稳压器自由液面晃荡会造成稳压器内水位的变化,稳压器的重心也随之变化,对应稳压器底部的裙式支座会受到一个周期性的疲劳载荷,日积月累连续晃动会对支承的连接件松动,同时长时间的晃荡会对稳压器容器内壁面的堆焊层造成疲劳冲击及磨损,对稳压器的结构强度及可靠性造成影响；此外,由于稳压器本身功能是用于一回路压力稳定和调节,其水空间与一回路系统通过波动管连通,液面的晃动会对一回路的压力稳定和平衡造成冲击和影响,同时水跃现象会造成位于稳压器筒体上的高水位液位测量仪表的误报警,造成反应堆误停堆,从而影响反应堆的正常运行.
2 稳压器液体晃荡效应分析
稳压器内液体的晃荡效应取决于稳压器的几何形状（高径比）、内部构件（阻尼板的设置与否、数量、形状、布置等）、自由液面的高度、液体的物理属性（如密度、粘度等）及外部海洋条件、运行状况等环境载荷激励,根据不同条件,稳压器内通常会产生四种不同的晃荡波：驻波、行进波、水跃及三者的组合波,如图1.
稳压器的几何形状根据其功能要求为立式高温高压的圆柱型容器,一般高径比为3～5.其内部液体为15.5MPa压力和343℃的饱和水和饱和蒸汽,考虑到稳压器顶部的喷淋及饱和水的汽化,稳压器内部自由液面不宜设置阻尼板；本文中海上小堆核电厂其使用场景与海上浮式生产储油装置（FPSO）相近,因此海洋环境参数参考《海上浮式装置入级规范》及相关国标确定,小堆稳压器的振动环境要求如下表：
研究自由液面晃荡问题的方法主要有试验方法、理论方法和数值方法.其中理论研究一般针对具体工况作一些相应假设,建立数学模型,利用连续方程、动量方程和能量方程,通过采用线性势流理论求出问题的解析解（如液体晃荡的振型、固有频率）；试验方法相对精确和直观,也更为可靠和有效,但需要较大的试验费用投入和较长的周期,需要选择相似的试验模型及相似的试验条件；目前随之计算机水平的发展,数值模拟方法已成为自由液面晃荡的重要方法,尤其对晃动的非线性特性研究有较大的优势.如边界元法、有限元法、有限体积法、VOF法、MAC法等.
通过有限元法计算及CFD数值模拟,在稳压器高径比约为3.5,液面深度为5m的情况下,稳压器内自由液面的固有频率为1.05Hz,在海洋小堆外部振动载荷激励下表现为组合波,由于海洋工况的复杂性和随机性,在突发冲击载荷情况下,会发生水跃现象.为防止该现象对稳压器和一回路反应堆系统正常运行的影响,需要采取合理的措施.
3 稳压器防晃措施研究
通过调研发现在航空、航海及路上运输工程上,对自由液面防晃措施的设计一般是通过设计合理的容器形状和对容器内部结构进行合理改进来实现的.由于稳压器本身的设计及工艺要求,其容器结构必须为立式圆柱形细长结构,容器内的充液比为60%左右,此外稳压器在平台上的布置高度相对较高,因此其晃动相对其他设备还要剧烈；因此,较为可行的措施是在稳压器自由液面以下设置合理的阻尼装置（如防晃荡挡板结构）来提高其阻尼,以达到对晃荡的抑制.常用的防晃荡装置包括水平挡板和竖直挡板,水平的有圆环形挡板、非对称半圆形挡板、Z型挡板、非金属弹性板等,竖直挡板也包括矩形板、圆柱形板、锥形板等.根据具体的容器结构和工艺需求选择合理的阻尼结构.
稳压器阻尼结构在设计时需要考虑其顶部的喷雾头喷淋和底部的电加热器加热均匀性,以及自由液面部分的汽液转变（饱和水汽化和蒸汽冷凝）等特殊要求,还要考虑到安装检修的可达性及加工制造难度.此外还要通过数值模拟和理论计算选择合理的板厚、开孔直径、支承位置等.通过迭代计算和分析,本稳压器阻尼装置为水平圆形隔板为主,其表面焊有竖直圆环形翅片板的结构,如图2所示.通过计算模拟,该结构极大的提高了稳压器内液体的阻尼,克服了海洋摇摆工况下自由液面的水跃现象,并对晃荡现象也起到抑制作用.在水平隔板上均布有供流水的过水圆孔,保证了汽水的连通及相变转换.另外整个装置通过螺栓螺母紧固件固定在设置与稳压器筒体内壁上的四个支承组件上面,为防止长期振动过程中紧固件的松脱,对紧固件进行了点焊处理.
4 小结
本文针对海洋摇摆工况下稳压器自由液面的晃荡问题,进行了理论分析数值计算研究,并对晃动特性及研究方法进行了阐述和比较,在此基础上设计了适用于稳压器结构的防晃液阻尼装置,并用CFD软件对该结构进行了数值模拟,从而为稳压器晃荡效应预防提供了可靠的结构参考.对海洋条件下稳压器防晃装置的设计具有一定的参考性.
参 考 文 献
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稳压器论文参考资料：
结论：海洋工况下稳压器自由液面晃荡效应分析与预防措施为适合稳压器论文写作的大学硕士及相关本科毕业论文，相关稳压器开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。
