Rotor Dynamics and Stability of the Centrifugal Pump CPN 600-35 for Nuclear Power Plants

Abstract

The paper ensures the vibration reliability of the centrifugal pump CPN 600-35 for the water supply of an industrial circuit at nuclear power plants by improving its technical designs. The main aim of the research is to develop an approach for parameter identification of rotor dynamics and analyze the dynamic stability of the rotor movement. For this purpose, the modified design of the centrifugal pump CPN 600-35 was developed. Also, the main parameters of the rotor dynamics model (e.g., equivalent stiffness and discrete mass) were evaluated based on the parametric identification approach. Moreover, the eigenfrequencies and the corresponding mode shapes of free oscillations were obtained based on the finite element method. Finally, the dynamic stability of the rotor movement was studied based on the developed mathematical model of its oscillations considering the circulating and internal friction forces. Finally, based on the Routh-Hurwitz criterion, the stability region of rotor movement in terms of the dimensionless frequency and friction coefficient was analytically obtained. У роботі забезпечується вібронадійність відцентрового насоса КПН 600-35 для водопостачання промислового контуру атомних електростанцій шляхом удосконалення його технічних конструкцій. Основною метою дослідження є розробка підходу для визначення параметрів динаміки ротора та аналізу динамічної стійкості руху ротора. Для цього була розроблена модифікована конструкція відцентрового насоса CPN 600-35. Також на основі підходу параметричної ідентифікації були оцінені основні параметри моделі динаміки ротора (наприклад, еквівалентна жорсткість і дискретна маса). Крім того, методом скінченних елементів отримано власні частоти та відповідні форми мод вільних коливань. Нарешті, на основі розробленої математичної моделі його коливань з урахуванням сил циркуляції та внутрішнього тертя досліджено динамічну стійкість руху ротора. Нарешті, на основі критерію Раута-Гурвіца аналітично отримано область стабільності руху ротора за безрозмірною частотою та коефіцієнтом тертя.