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低溫堆中間回路循環(huán)泵隔振設(shè)計研究

　　低溫堆(NHR)采用一體化布置、全功率自然循環(huán)和自穩(wěn)壓的設(shè)計，取消了一回路的主泵，采用非能動余熱排出方式，具有良好的固有安全特性，主要應(yīng)用于海水淡化、熱電聯(lián)供、船用核動力裝置等領(lǐng)域。

　　低溫堆在含有放射性的一回路與二回路之間設(shè)置了中間隔離回路。中間隔離回路是低溫堆的主工藝系統(tǒng)，由主換熱器、中間回路循環(huán)泵、蒸汽發(fā)生器的管側(cè)、容積補償器以及相關(guān)管道、閥門組成，具有輸熱和隔離兩種功能。中間隔離回路的壓力高于一回路系統(tǒng)，保證在主換熱器傳熱管泄漏情況下放射性也不會進入二回路。低溫堆運行時，采用反應(yīng)堆堆芯出口溫度不變的運行方式，通過調(diào)節(jié)中間回路的流量和控制棒，實現(xiàn)一回路參數(shù)與二回路參數(shù)的匹配。變頻的中間回路循環(huán)泵是反應(yīng)堆運行調(diào)節(jié)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　低溫堆作為船用核動力裝置時，由于一回路沒有主泵，中間回路循環(huán)泵成為反應(yīng)堆噪聲的主要源頭。減振降噪是船用反應(yīng)堆降噪的重要一環(huán)。為了同時滿足反應(yīng)堆運行調(diào)節(jié)要求和噪聲指標要求，中間回路循環(huán)泵采用了低轉(zhuǎn)速變頻泵，并要進行隔振設(shè)計。低轉(zhuǎn)速變頻泵的隔振系統(tǒng)設(shè)計存在特別的困難：泵工作頻率在一個相對低的區(qū)段內(nèi)，隔振系統(tǒng)要頻率非常低，才能既實現(xiàn)隔振的功能，又避開泵的工作頻段。通常連接泵的管路系統(tǒng)的頻率較低，明顯低于隔振系統(tǒng)的頻率。因此，可忽略泵出、入口連接管道剛度對隔振系統(tǒng)的影響。但是，低溫堆中間回路系統(tǒng)為高溫、高壓系統(tǒng)，泵出、入口連接管道剛度較大，可能對低轉(zhuǎn)速變頻泵隔振系統(tǒng)的設(shè)計產(chǎn)生影響，一定要將管道剛度同時考慮進來。

　　國內(nèi)外對于機械設(shè)備的減振降噪問題已進行了深入研究，對于隔振系統(tǒng)的設(shè)計及其隔振性能有大量研究成果，針對水泵的隔振也開展了一定的研究工作，但針對低轉(zhuǎn)速變頻泵在連接剛度較大的管道情況下的隔振問題尚未開展研究。

　　本文針對低溫堆中間回路低轉(zhuǎn)速變頻泵的特點，研究其隔振系統(tǒng)的設(shè)計，分析隔振形式、管道剛度等對隔振效果和泵組工作性能的影響。

　　隔振系統(tǒng)形式的選擇應(yīng)根據(jù)隔振要求確定。對隔振性能要求不高時，可選用結(jié)構(gòu)形式更為簡單的單層隔振系統(tǒng);如果對隔振性能，尤其是高頻段的隔振性能要求較高，應(yīng)選用隔振性能更為優(yōu)越的浮筏隔振系統(tǒng)。對于管道剛度較小或適中的泵組，通過選擇合適的隔振器可使低頻及全頻域隔振性能均達到設(shè)計要求。對于管道剛度過大的系統(tǒng)，難以設(shè)計出符合隔振要求的隔振系統(tǒng)。此時必須通過改進管道的撓性環(huán)節(jié)，降低其剛度，為隔振系統(tǒng)的設(shè)計提供條件。

　　對于質(zhì)量為M1、管道剛度為K1的泵，隔振系統(tǒng)設(shè)計步驟如下。

　　1) 單層隔振系統(tǒng)

　　首先通過式(4)確定單層隔振器的剛度范圍，使系統(tǒng)固有頻率避開泵運行頻率。在此前提下，選擇剛度較小的隔振器，以提高系統(tǒng)的隔振性能。

　　2) 浮筏隔振系統(tǒng)

　　首先根據(jù)設(shè)備總重的限制確定浮筏質(zhì)量M2。一般而言，浮筏質(zhì)量與機組質(zhì)量大致相當。根據(jù)式(12)或(13)得到上層與下層隔振器剛度K2、K3的取值范圍，并結(jié)合承載力要求選擇合適的隔振器型號。根據(jù)初步選擇方案進行隔振性能數(shù)值計算，校核振級落差是否符合設(shè)計要求。在該區(qū)域內(nèi)，可通過適當降低上、下隔振器中剛度較小的一組隔振器的剛度增加浮筏隔振系統(tǒng)的隔振能力。

　　根據(jù)以上方法給出低溫堆中間回路循環(huán)泵組(K1=1 000 N/mm，M1=400 kg)的隔振系統(tǒng)設(shè)計方案。為滿足隔振性能要求，選用浮筏隔振系統(tǒng)，浮筏質(zhì)量取為300 kg。上層隔振器選用剛度較小的JQ-120×4，下層隔振器選用剛度較大的BE-300×6，系統(tǒng)固有頻率滿足式(12)，可避開泵的工作頻率。該方案10 Hz～10 kHz振級落差為71.1 dB，10～250 Hz振級落差為61.6 dB，隔振性能滿足設(shè)計要求。

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