课题基金 / 基金详情

面向超设计基准工况的核主泵推力轴承制造原理与方法

批准号:
U20A20284
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
260.0 万元
负责人:
姚振强
依托单位:
学科分类:
摩擦学及机械表界面科学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
姚振强

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
福岛核电事故后,我国华龙一号对核主泵提出了更严苛的安全性和可靠性要求:在全厂断电、设备冷却水缺失等超设计基准工况下,造成轴承高压顶起装置与润滑油换热失效,要求核主泵能安全可靠运行,推力轴承不发生损伤破坏,且核主泵能再次启动正常运转,给核主泵大直径重载推力轴承的设计与制造带来极大挑战。拟建立核主泵推力轴承润滑与冷却系统的流固热耦合模型,揭示不同使役工况下推力轴承的瞬态响应规律与失效机制;提出基于微纳协同和多种减摩填料复配效应的多尺度增强自润滑耐磨损复合材料轴瓦与推力盘摩擦副高性能界面设计制备技术;探索推力轴承基体-摩擦副材料与结构一体化形性协同制造工艺与表面改性处理方法,实现轴承表面完整性状态的调控;开展核主泵全尺寸推力轴承多使役工况综合性能测试评估。形成核主泵推力轴承材料-结构-工艺-性能集成化制造理论与方法,为我国核主泵轴承自主化设计与制造以及三代核电技术“走出去”战略实施提供理论支撑。
英文摘要
China's self-dependently designed third-generation nuclear power unit HPR1000 named as Hualong One has put forward stricter safety and reliability requirements for the reactor coolant pump (RCP) to avoid the disaster accident as occurred in Fukushima Daiichi nuclear power plant. The reactor coolant pump should keep to work without obvious damage on thrust bearings even subjected to the beyond design specification including the station black-out (SBO) accident, where the hydraulic pressure designed to separate the bearing counterparts lost due to the lack of electricity,and loss of Component Cooling Water System accident, where the viscosity friction heat accumulated due to the internal pumping and friction within the bearing system resulting in high working temperature to bearings. These special requirements bring with great challenges to trust bearing development. With the aim to reveal the transient responses of thrust bearings and its failure mechanism in different working conditions of RCP, the fluid-structure-thermal coupling model of thrust bearing system is to be established to predict the bearing working conditions. The design and process technology on multi-scale reinforced self-lubricating wear-resistant composite material, based on micro-nano collaboration and the compound effects of various fillers, is proposed for the design of friction pair of thrust bearings. The material-structure integration and shape-performance synergy manufacturing process on substrate and friction-pair of the thrust bearing are to be explored. And the surface/interface modification treatment methods on the thrust bearing of RCP are to be investigated to regulate its surface integrity. Finally, the comprehensive performance of full-size thrust bearing for RCP is to be tested in different service conditions to validate the integrated design and manufacturing strategy of the thrust bearings to supply fundamental basis for the development of 3rd generation nuclear power unit.
福岛核电事故的发生给我国三代核主泵的设计制造提出了更为严苛的运行可靠性要求。在核电全厂断电工况和遭遇冷却水缺失的超设计基准工况下,核主泵必须仍能安全停机且能再次启动稳定运转。本项目针对核主泵大直径重载推力轴承启停比压高带来的轴瓦力热变形严重与超设计基准工况下轴承油液温升急剧、轴瓦严重磨损等重大工程挑战,形成了核主泵高性能轴承材料-结构-工艺-性能的一体化制造理论与方法,结合核主泵多种使役工况完成了核主泵推力轴承使役性能的测试与验证。研究工作的主要成果如下:.(1)建立了回路润滑介质总流量及各支路流量分配的预测模型,实现了多种工况下的推力轴承系统流量预测;构建了核主泵推力轴承系统流固热耦合作用模型,掌握了推力盘和轴瓦力热响应特性。.(2)基于微纳协同效应及固体润滑作用,设计了碳纤维(CF)和六方氮化硼(h-BN)混合增强的聚醚醚酮(PEEK)基复合材料,研究了不同填料和填料含量对复合材料力学、热学和摩擦学性能的影响规律,确定了15%CF与9%h-BN混合增强PEEK基复合材料具有最优的使役性能。.(3)研究了PEEK复合材料与304不锈钢对偶件在不同比压和滑动速度下的摩擦磨损特性。发现了玻璃化转变温度是PEEK复合材料轴承摩擦磨损性能转变的主导因素;PTFE或h-BN的减摩效应降低了摩擦界面发热;CF在提高基体弹性模量的同时其高导热性进一步降低了摩擦界面的温度;两者的共同作用使得摩擦界面温度低于PEEK的玻璃化转变温度,从而保障了混合增强PEEK复合材料的抗磨损性能。.(4)提出了基于珩磨网纹织构的推力盘增润减磨机理,珩磨沟槽的前刀面刮削作用将接触界面硬颗粒汇集存储于珩磨网纹沟槽,减少三体磨损;珩磨平台的后刀面接触效应增强PEEK材料向推力盘珩磨平台的转移。.(5)搭建了核主泵推力轴承缩尺和全尺寸实验台,掌握了核主泵推力轴承使役性能测试方法,形成了核主泵推力轴承多使役工况综合性能评价技术。.该项目的研究成果已推广应用到三代国产屏蔽式核主泵推力轴承的摩擦与磨损性能分析和设计优化。.
浸液式核主泵惰转飞轮间隙流道力热综合优化设计方法
  • 批准号:
    52075323
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    姚振强
  • 依托单位:
面向超设计基准工况的核主泵推力轴承制造原理与方法
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    260万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    姚振强
  • 依托单位:
核级不锈钢焊接区机加工表面激光喷丸的抗应力腐蚀改性机理
  • 批准号:
    51475299
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    姚振强
  • 依托单位:
激光冲击微坑高应变率局部动态塑性加工机理与工艺规划研究
  • 批准号:
    51075271
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    姚振强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金