一种余热排出泵可靠性评价方法及其系统与流程

本发明涉及核电，尤其涉及一种余热排出泵可靠性评价方法及其系统。

背景技术：

1、余热排出泵（常简称rra泵）是压水堆核电厂余热排出系统的核心动力设备，属于核岛关键辅助泵，核心作用是在反应堆停堆后强制循环一回路冷却剂，持续导出堆芯衰变余热、介质与设备显热，将反应堆从热停堆逐步降至冷停堆状态，保障换料、检修作业安全，部分工况还可兼顾换料水池水循环、低压补水、事故工况辅助注水等功能，确保反应堆处于安全状态。该泵通常为单级单吸卧式离心泵，其性能直接关系到核电站的运行安全与效率。

2、现有对余热排出泵的可靠性研究多依赖于物理实验和数值模拟两种方法。物理实验通过构建试验台架，模拟实际工况，测量泵的扬程、效率、压力脉动等参数，但实验受限于成本、周期及安全因素，难以覆盖全部工况（尤其极端条件）。数值模拟则主要采用计算流体动力学（cfd）技术，通过三维建模与仿真分析泵内流场特性，如流动分离、压力脉动及汽蚀现象等。但仍存在局限性，难以满足对主要部件进行精准可靠性评价的需求，现有仿真多侧重于单一物理场（如纯流体或纯结构分析），或仅进行简单的单向流固耦合。而泵实际运行中，流-固等多物理场高度耦合、相互影响。例如，流固耦合载荷对转子固有频率的影响显著大于旋转离心力；密封结构的性能也受温度场和压力场的共同作用，导致预测结果与真实工况存在偏差。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对上述传统方法得到余热排出泵的可靠性预测结果与实际工况存在偏差的缺陷，提供一种余热排出泵可靠性评价方法及其系统。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种余热排出泵可靠性评价方法，包括以下步骤：

3、s1、确定余热排出泵的易损部件；

4、s2、确定每个易损部件的可靠性评价对象；

5、s3、根据各所述可靠性评价对象对应的评价指标，判断各所述易损部件的可靠性状态；

6、s4、根据各所述易损部件的可靠性状态，计算各易损部件的失效概率；

7、s5、根据所述各易损部件的失效概率，计算得到余热排出泵整体的失效概率。

8、进一步，在本发明所述的余热排出泵可靠性评价方法中，在步骤s1中，易损部件包括密封圈、泵效环、叶轮前后端面密封结构、主轴轴承、联轴器。

9、进一步，在本发明所述的余热排出泵可靠性评价方法中，在步骤s5中，包括：

10、当存在任一所述易损部件被判定为不可靠时，所述余热排出泵整体的失效概率为各所述易损部件的失效概率之和；

11、当所有易损部件均被判定为可靠时，所述余热排出泵整体的失效概率为关键部件的失效概率之和，所述关键部件为采用疲劳寿命作为评价指标的易损部件。

12、进一步，在本发明所述的余热排出泵可靠性评价方法中，在步骤s2中，包括：

13、密封圈的可靠性评价对象为：各工况下的密封圈泄漏量变化率k和密封圈疲劳寿命τ1；

14、泵效环的可靠性评价对象为：各工况下的径向跳动位移y1；

15、叶轮前后端面密封结构的可靠性评价对象为：各工况下的径向跳动位移y2；

16、主轴轴承的可靠性评价对象为：各工况下的轴承疲劳寿命τ2；

17、联轴器的可靠性评价对象为：轴向位移x1和扭转角度θ1。

18、进一步，在本发明所述的余热排出泵可靠性评价方法中，还包括各所述可靠性评价对象的计算方法，所述计算方法包括：

19、针对密封圈，基于预应力的谐响应分析与材料疲劳寿命曲线的疲劳寿命分析，计算得到所述密封圈泄漏量变化率k和所述密封圈疲劳寿命τ1；

20、针对泵效环，基于预应力的谐响应分析与基于流固耦合的结构强度分析，计算得到所述径向跳动位移y1；

21、针对叶轮前后端面密封结构，基于预应力的谐响应分析，计算得到所述径向跳动位移y2；

22、针对主轴轴承，基于预应力的谐响应分析、材料疲劳寿命曲线的疲劳寿命分析以及miner准则，计算得到所述轴承疲劳寿命τ2；

23、针对联轴器，基于预应力的谐响应分析，计算得到所述轴向位移x1和所述扭转角度θ1。

24、进一步，在本发明所述的余热排出泵可靠性评价方法中，在步骤针对密封圈，基于预应力的谐响应分析与材料疲劳寿命曲线的疲劳寿命分析，计算得到所述密封圈疲劳寿命τ1中，包括：

25、建立所述密封圈的有限元模型；

26、在所述有限元模型中施加预应力载荷；

27、进行谐响应分析，得到所述密封圈最大径向跳动量yf；

28、结合所述材料疲劳寿命曲线进行疲劳寿命分析，计算得到所述密封圈疲劳寿命τ1。

29、进一步，在本发明所述的余热排出泵可靠性评价方法中，在步骤s3中，包括：

30、当所述密封圈疲劳寿命τ1小于对应的材料许用寿命，且所述密封圈泄漏量变化率k小于对应的设计许用值时，判定所述密封圈可靠；反之，判定不可靠；

31、当所述径向跳动位移y1小于对应的设计许用值时，判定所述泵效环可靠；反之，判定不可靠；

32、当所述径向跳动位移y2小于对应的设计许用值时，判定所述叶轮前后端面密封结构可靠；反之，判定不可靠；

33、当所述轴承疲劳寿命τ2小于对应的材料许用寿命时，判定所述主轴轴承可靠；反之，判定不可靠；

34、当所述轴向位移x1小于对应的设计许用值，且所述扭转角度θ1小于对应的设计许用值时，判定所述联轴器可靠；反之，判定不可靠。

35、进一步，在本发明所述的余热排出泵可靠性评价方法中，在步骤s5中，所述余热排出泵整体的失效概率的计算公式为：

36、

37、式中，p为余热排出泵整体的失效概率；n=1，……，6；为密封圈基于密封圈疲劳寿命τ1的失效概率；为主轴轴承基于轴承疲劳寿命τ2的失效概率；为泵效环的失效概率；为叶轮前后端面密封结构的失效概率；为联轴器的失效概率；为密封圈基于密封圈泄漏量变化率k的失效概率；

38、或，

39、在步骤s4中，所述各易损部件的失效概率的计算方式包括：

40、对于密封圈基于密封圈疲劳寿命τ1的失效概率：

41、基于weibull分布函数，根据所述密封圈疲劳寿命τ1计算密封圈在时间t前发生失效的失效概率；

42、对于主轴轴承基于轴承疲劳寿命τ2的失效概率：

43、基于weibull分布函数，根据所述轴承疲劳寿命τ2计算主轴轴承在时间t前发生失效的失效概率；

44、对于泵效环的失效概率：

45、若y1＜[δy1]，=0%；

46、若y1＞[δy1]，=100%；

47、其中，[δy1]为泵效环所述径向跳动位移y1的设计许用值；

48、对于叶轮前后端面密封结构的失效概率：

49、若y2＜[δy2]，=0%；

50、若y2＞[δy2]，=100%；

51、其中，[δy2]为叶轮前后端面密封结构所述径向跳动位移y2的设计许用值；

52、对于联轴器的失效概率：

53、若x1＜[δx1]且θ1＜[δθ1]，=0%；

54、若x1＞[δx1]或θ1＞[δθ1]，=100%；

55、其中，[δx1]为联轴器所述轴向位移x1的设计许用值；[δθ1]为联轴器所述扭转角度θ1的设计许用值；

56、对于密封圈基于密封圈泄漏量变化率k的失效概率：

57、若k＜[δk]，=0%；

58、若k＞[δk]，=100%；

59、其中，[δk]为所述密封圈泄漏量变化率k的设计许用值。

60、进一步，在本发明所述的余热排出泵可靠性评价方法中，还包括：

61、s6、根据所述余热排出泵整体的失效概率，输出相应的维护建议。

62、另外，本发明还提供一种余热排出泵可靠性评价系统，包括：

63、易损部件确定模块，用于确定余热排出泵的易损部件；

64、可靠性评价对象确定模块，用于确定每个易损部件的可靠性评价对象；

65、可靠性状态判断模块，用于根据各所述可靠性评价对象对应的评价指标，判断各所述易损部件的可靠性状态；

66、失效概率计算模块，用于根据各所述易损部件的可靠性状态，计算各易损部件的失效概率；

67、整体失效概率计算模块，用于根据所述各易损部件的失效概率，计算得到余热排出泵整体的失效概率。

68、

69、实施本发明的余热排出泵可靠性评价方法及其系统，具有以下有益效果：本发明通过确定余热排出泵的易损部件及其对应的可靠性评价对象；根据各可靠性评价对象对应的评价指标，判断各易损部件的可靠性状态；再根据各易损部件的可靠性状态，计算各易损部件的失效概率，由此计算得到余热排出泵整体的失效概率，能够有效降低余热排出泵可靠性评价所需要的耗时、费用以及难度，减少余热排出泵可靠性评价的限制，进一步提高余热排出泵可靠性评价的准度和精度。