基于中子噪声分析的某核电厂堆芯吊篮梁型振动特征研究

研究了基于堆外电离室中子噪声信号监测压水堆核电厂反应堆吊篮的方法,通过计算电离室中子噪声的互功率密度谱、相干和相位,分析得到了堆芯吊篮梁型振动的频率;利用该方法,计算获得了某正常运行状态下压水堆核电厂换料周期内堆芯吊篮梁型振动频率和中子噪声功率谱幅度的变化趋势,结果说明了在反应堆正常运行状态下,随着堆芯燃耗的增加,吊篮梁型振动频率发生了微小漂移,频率变小,该频率处中子噪声功率谱幅度变大。     

运行核电厂堆芯吊篮壳型振动特性研究

反应堆堆芯吊篮的振动反映了吊篮及相关堆内构件的振动情况与设备稳定性，是评估反应堆安全运行的重要依据。本文采用中子噪声技术和信号时频域分析方法，重点研究了堆芯吊篮壳型振动特性，通过分析某核电厂特定机组近几年的监测数据，获得堆芯吊篮壳型振动模态参数的变化趋势。结果表明，在每个燃料周期内，吊篮壳型振动频率有逐渐变小趋势，每经历一次大修后，振动中心频率基本恢复至上一个燃料循环的初始振动频率处。研究结果有助于了解堆芯吊篮在多个燃料循环周期内壳型振动的特性和成因，为堆芯吊篮早期故障诊断奠定基础。      

中子噪声在核反应堆吊篮振动监测中的应用研究

通过对临界装置堆芯吊篮激励振动引发中子噪声实验得到的功率谱密度(PSD)进行分析,证实了从中子噪声PSD中获得吊篮振动特性(各阶特征频率)是可行的,并给出了中子噪声探测器PSD幅度与吊篮振动幅度之间的比例因子(刻度因子)的计算方法.针对临界装置测量获得的中子噪声PSD和吊篮振动PSD,实际计算了对应吊篮各阶振型的刻度因子.本文证实,可以通过中子噪声分析,给出吊篮结构的振动频率和振动位移,证实了中子噪声在堆内构件振动监测领域的有效性.     

反应堆吊篮水流振动研究和分析

应用流-固耦合理论推导相似准则和模型设计。在反应堆1:10模型上进行了堆芯吊篮结构的空气和静水中模态分析试验,获得动态特性。在反应堆1:5水力回路上进行吊篮水力振动试 验,测得了流体对吊篮表面脉动压力、加速度、应变等信号与流量关系。经信号处理后获得了流体载荷谱及各种响应参数。在这两个试验基础上对流-固耦合与流致振动定量分析,导出吊篮水流振动理论计算方程。计算了秦山核电厂300MW的吊篮水流振动的响应,结果与试验相符合。试验分析结果表明吊篮水流振动在寿期内是安全的。     

反应堆堆内部件振动中子噪声物理模型研究

中子噪声分析对反应堆堆内部件振动监测有重要意义。本文采用微扰理论 (系统方程和扰动源项 )、控制理论 (传递函数 )、反应堆动力学方程 (点堆动力学方程 )建立了堆内部件振动中子噪声物理模型 ,并且用它来解释实验 ,较好地解释了实验测量得到的功率谱密度。在理论模型中通过引入一低频噪声项 ,较好地描述了实验测量功率谱密度低频端的抬高。另外对于吊篮梁式振动 ,则采用四个堆外探测器来实现监测。通过这种方法 ,可以较好地监测吊篮梁式振动和进行计算机仿真模拟。     

压水堆吊篮、热屏结构模型在空气中的固有振动试验分析

在模拟压水堆吊篮、热屏结构支承与联接条件的1:10钢模型上,对无热屏的吊篮结构和以三种不同联接方式安装热屏的吊篮结构分别进行梁型振动和壳型振动试验,并测得多阶固有频率和对应的振型。在装有热屏的吊篮结构试验中发现两个现象:①吊篮与热屏之间的弹性联接引起耦合振动。②吊篮与热屏间的上下联接方式使某些固有频率的振型节线发生扭曲。     

反应堆吊篮水流振动研究和分析

应用流-固耦合理论推导相似准则和模型设计。在反应堆1:10模型上进行了吊篮结构的空气和静水中模态分析试验,获得动态特性。在反应堆1:5水力回路上进行吊篮水力振动试验,测得了流体对吊篮表面脉动压力、加速度、应变等信号与流量关系。经信号处理后获得了流体载荷谱及各种响应参数。在这两个试验基础上对流-固耦合与流致振动定量分析,导出吊篮水流振动理论计算方程。计算了秦山核电厂300MW的吊篮水流振动的响应与试验相符合。试验分析结果表明吊篮水流振动在寿期内是安全的。     

反应堆吊篮在正常和劣化支撑条件下的振动模态特性

反应堆正常运行时,吊篮组件受到冷却剂的作用而诱发振动,往往会造成吊篮及其支撑结构发生疲劳破坏或松动脱落,危及反应堆的安全。通过长期对运行中的反应堆吊篮振动特性的监测发现:随着反应堆的运行,吊篮的固有频率,特别是梁式频率会发生较大的变化,而常规吊篮模态的计算方法是无法模拟和预测该梁式频率的变化规律。针对该问题提出了在劣化支撑条件下吊篮结构模态分析的计算方法和力学模型,该方法准确模拟了不同的劣化状态下吊篮的约束边界。以国内某堆型的吊篮结构为研究对象,分别计算了在空气和静水中支撑条件劣化5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%时的振动模态,并与国外学者相关研究的试验结果进行对比,结果表明:本文提出的反应堆吊篮在劣化支撑条件下的振动模态计算方法与相关研究的试验结果趋势一致,吻合较好。因此,该计算模型是合理、可行的,能够满足工程计算分析的需求。     

用大涡模拟计算流致振动的流体激励力

本文对湍流大涡模拟理论的脉动过滤和Smagorinsky亚格子模型进行了介绍,并用大涡模拟对秦山II期反应堆1∶5模型压力容器和吊篮的环腔内流场进行了数值模拟,计算了吊篮表面压力的时间分布和空间分布,其压力脉动的功率谱密度计算值和实验值在同一个量级内.因此,可以用计算所得的压力作为吊篮振动的激励载荷.     

秦山核电二期工程反应堆堆内构件模型流致振动试验研究

秦山核电二期工程是我国自行设计的第一个600MW级核电站,有必要进行反应堆堆内构件流致振动试验研究.本文介绍了按相似准则设计的实堆15的堆内构件试验模型,进行流致振动试验采用的试验方法,完成的试验内容以及试验数据的分析和处理.测得了吊篮结构在冷却剂流动冲刷下的脉动压力和各种响应参数.试验结果可用于秦山核电二期工程安全评审,并提供了吊篮流致振动响应计算的载荷谱和实堆振动监测、故障诊断的参考样本.     

基于中子噪声分析技术的核电站振动监测系统研制

以秦山核电二期扩建工程松脱部件与振动监测系统(KIR)供货项目为背景,研制出了VMS C1201堆内构件振动监测系统.该系统由4个加速度通道和8个中子噪声通道组成,采用PXI总线技术以及虚拟仪器、数据库管理和监测报告自动生成技术,信号调理采用现场可编程门阵列(FPGA)程控技术,各通道信号采用同步处理技术;监测软件采用原始数据存储,并提供开放式接口.该系统具有时程分析、自谱与互谱分析以及压力容器、吊篮和燃料组件振动监测功能.     

基于实验数据的吊篮表面脉动压力分析

基于堆内构件缩比模型流致振动实验实测得到的吊篮表面脉动压力数据,分析了吊篮表面不同位置脉动压力功率谱密度的分布特征,并对脉动压力功率谱密度的相关性进行分析得到相关长度的特性。结果表明,吊篮表面的脉动压力功率谱密度随频率的增大快速减小然后趋于平缓,是一种频率成份十分丰富的宽带衰减谱,在吊篮同一高度区域的脉动压力功率谱密度基本相同,不同高度区域的脉动压力功率谱密度的能量差别较大;脉动压力功率谱密度的相关长度随频率递增而急剧减小然后趋于常值;吊篮流致振动响应对脉动压力功率谱密度的影响较小,将吊篮流致振动简化为弱耦合问题是合理的。      

Analysis of HDR blowdown experiment for fluid-structure interactions with multiflex

The HDR experimental facility of Kahlsruhe is comprised of a full-scale pressure vessel, core barrel, and piping systems. In the blowdown experiment, V31.1, the fluid-structure interaction of the core barrel and downcomer water is significant. This experiment is analyzed in the present paper. The HDR downcomer annulus is modeled by the one-dimensional network that is equivalent to two-dimensional fluid-structure interactions. The core barrel is modeled by the projector method for combined beam and shell models. The vessel motion is taken into account by means of the relative modal analysis proposed in this paper. Computed time histories of pressure, pressure differentials, and barrel wall displacements are compared with the experimental data. Fair agreement between experiment and post-test computation is found. Effects of the vessel motion are also discussed.     

Finite-element based vibration analysis of WWER-440 type reactors

A finite-element model describing the mechanical vibrations of the whole WWER-440 primary circuit was established to support the early detection of mechanical component faults. A special fluid–structure module was developed to consider the reaction forces of the fluid in the downcomer upon the moving core barrel and the reactor pressure vessel. This fluid–structure interaction (FSI) module is based on an approximated analytical 2D-solution of the coupled system of 3D fluid equations and the structural equations of motions. By means of the vibration model all eigenfrequencies up to 30 Hz and the corresponding mode shapes were calculated. It is shown that the FSI strongly influences those modes that lead to a relative displacement between reactor pressure vessel and core barrel. Moreover, by means of the model the shift of eigenfrequencies due to the degradation or to the failure of internal clamping and spring elements was investigated. Comparing the frequency spectra of the normal and the faulty structure, it could be proved that a recognition of such degradations and failures even inside the reactor pressure vessel is possible by pure excore vibration measurements.     

吊篮下挂分体式堆内构件设计研究

通过对模块式多用途小型压水堆（ACP100）结构特点进行分析，提出了一种吊篮下挂的分体式堆内构件，其吊篮组件悬挂于反应堆压力容器中部并由压紧筒组件压紧，该结构具有易于制造安装、冷却剂分流密封效果好、流量分配合理等优点。力学分析、控制棒驱动线综合实验、堆内构件流致振动实验结果表明，该结构具有很好安全性和可靠性，满足ACP100的功能需求。      

Comparison of ICECO code predictions with flexible vessel experiments

Some comparisons of ICECO code predictions with experimental data concerning transient fluid-structure interaction are given. The test results are taken from flexible vessel experiments conducted by Stanford Research Institute under the direction of Argonne National Laboratory. Two different experiments are considered: one with a rigid core barrel, and one with a flexible core barrel. Both experiments are performed in simple reactor vessels with a well-defined energy source and simple boundary conditions. Correlations of pressures and impulses are made at all available gauge stations. The permanent deformations of the core barrel and the cylindrical vessels are compared with ICECO predictions. The effects of core barrel flexibility on the wave propagation and vessel deformation are also investigated. The agreement between the analysis and experiments is found to be quite good.