一种屏蔽式反应堆冷却剂主泵惰转过程快速预测方法

本发明涉及惰转过程预测，具体涉及一种屏蔽式反应堆冷却剂主泵惰转过程快速预测方法。

背景技术：

1、当核电站全厂发生断电事故时，核主泵失去外部电源驱动，泵的转速和流量将迅速下降。此时，依靠转子系统的转动惯量，核主泵仍可在一段时间内继续维持冷却剂循环，这一过程称为“惰转”。惰转过程中冷却剂流量的衰减特性直接决定了堆芯在失去强迫循环后的冷却能力。若惰转流量下降过快，堆芯余热无法及时排出，将可能引发燃料元件过热乃至堆芯熔化的严重事故。一般而言，机组转动惯量值是影响惰转过程中流量下降速率的重要因素：增大转动惯量可提高机组初始动能，进而延长惰转时流量下降时间，但转动惯量过大会增大飞轮尺寸、增加损耗、降低效率；转动惯量过小则会直接导致流量下降率过快，致使反应堆余热无法及时排除。可见，根据主泵设备参数设计合理的转动惯量，准确预测并计算机组在事故发生时的转速、流量变化过程，对反应堆乃至全厂安全具有重要意义。

2、国内已有很多学者对核主泵惰转工况进行了研究，根据惰转过程中动量守恒建立了惰转瞬态模型。从以前研究内容来看，这些模型主要考虑的是水力转矩对惰转的影响，并且大多将摩擦转矩近似为水力矩的一个常数值（0.01~0.03倍）。这种近似估算对于摩擦阻力较小的轴封式主泵可以达到较好的计算精度，实现惰转预测。但对于屏蔽式主泵而言，由于存在电机间隙、推力盘间隙以及导轴承间隙等众多间隙流域，使得其存在明显的摩擦阻力，摩擦转矩与水力矩之间的系数较大，简单近似估算误差较大，不再适用。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种屏蔽式反应堆冷却剂主泵惰转过程快速预测方法，该方法考虑了冷却剂主泵的摩擦转矩，能够准确实时反映惰转过程冷却剂流量与转子转速下降趋势，进而对主泵惰转过程进行快速预测；同时基于该方法可以计算转动惯量对冷却剂流量下降趋势的影响，进而可以在已有的半流量时间限制条件下根据额定参数条件对机组转动惯量进行快速设计。

2、具体技术方案如下：

3、一种屏蔽式反应堆冷却剂主泵惰转过程快速预测方法，包括如下步骤：

4、s1：根据核电厂实际情况构建屏蔽式冷却剂主泵三维模型；

5、s2：根据所述屏蔽式冷却剂主泵三维模型，提取包括所有摩阻流域在内的泵体过流部件的流体域，构建耦合泵体与摩阻的全流域流体计算模型；

6、s3：基于所述全流域流体计算模型，采用于计算流体仿真软件得到屏蔽式冷却剂主泵在设计转速与设计流量下的额定扬程、额定水力矩和额定摩擦转矩；

7、s4：将s3得到的设计转速、设计流量、额定扬程、额定水力矩和额定摩擦转矩作为初始值代入惰转方程，对屏蔽式冷却剂主泵的惰转过程的转速、流量、扬程和力矩随时间的变化趋势进行快速预测。

8、进一步地，所述s4中，屏蔽式冷却剂主泵的惰转过程的转速ω、流量q的计算公式如下：

9、

10、其中，ω0、q0分别为屏蔽式冷却剂主泵的设计转速和流量，mh0、mf0分别为屏蔽式冷却剂主泵在设计工况下的额定水力矩和额定摩擦转矩，单位为n·m；i为惰转飞轮的转动惯量，单位为kg·m2；t为时间。

11、进一步地，还包括：

12、s5：基于s4预测得到的屏蔽式冷却剂主泵的惰转过程的转速、流量、扬程和力矩随时间的变化趋势，绘制对应的转速、流量、扬程和力矩的衰减曲线。

13、进一步地，所述摩阻流域包括辅助叶轮流域，以及包括电机盖板间隙、口环间隙、电机间隙、推力盘间隙、导轴承间隙在内的轴系间隙形成的轴系间隙流域。

14、本发明的有益效果如下：

15、（1）本发明的方法对产生摩擦阻力的流域单独建模，而后通过计算得到实际的摩擦转矩值，充分考虑了冷却剂主泵的摩擦转矩，能够准确实时反惰转过程冷却剂流量与转子转速下降趋势，进而对主泵惰转过程进行快速预测。

16、（2）基于本发明的方法计算得到的转动惯量对冷却剂流量下降趋势的影响，可以用于在已有的半流量时间限制条件下根据额定参数条件对机组转动惯量进行快速响应设计。

1.一种屏蔽式反应堆冷却剂主泵惰转过程快速预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的屏蔽式反应堆冷却剂主泵惰转过程快速预测方法，其特征在于，所述s4中，屏蔽式冷却剂主泵的惰转过程的转速ω、流量q的计算公式如下：

3.根据权利要求1所述的屏蔽式反应堆冷却剂主泵惰转过程快速预测方法，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求1所述的屏蔽式反应堆冷却剂主泵惰转过程快速预测方法，其特征在于，所述摩阻流域包括辅助叶轮流域，以及包括电机盖板间隙、口环间隙、电机间隙、推力盘间隙、导轴承间隙在内的轴系间隙形成的轴系间隙流域。