控制棒驱动机构步进载荷动态分析

通过动力学分析和Adams动态仿真,对中国改进型百万千瓦级压水堆(CPR1000)压水堆控制棒驱动机构(CRDM)步进载荷进行计算。结果表明,通过Adams动态仿真可以得到CRDM提升过程和下插过程中钩爪、销轴、可拆接头等部件的步进载荷值,所得值与工程经验相符;提升和下插过程中最大步进载荷出现在可拆接头处;同时销轴的步进载荷值较大,应注意销轴的材料选择与设计;水力缓冲对下插步进运动有重要的缓冲作用,能够减小下插过程的步进载荷。     

核反应堆控制棒驱动机构动作部件状态检测研究

针对反应堆堆内环境条件下控制棒驱动机构（CRDM）常用状态检测方法难以应用的情况,提出了一种新的通过在线测量线圈电感值进行CRDM动作部件状态检测的方法,通过试验获取了线圈电感值与动作部件状态之间关系,并进行了样机模拟故障状态检测试验。结果表明,该方法可准确实现CRDM动作部件状态检测,不需在反应堆上增设额外仪器设备,实施较为方便。      

控制棒驱动机构传动件状态诊断仿真研究

滚轮螺母丝杠传动型控制棒驱动机构(CRDM)的主要失效模式是滚轮磨损。以滚轮为研究对象,利用通用的ADAMS仿真软件计算分析滚轮在正常、坑状缺陷及过度磨损状态下的振动信号特性。结果表明:在CRDM工作过程中,会产生明显的冲击信号;随着状态的劣化,冲击信号强度增强。     

核反应堆控制棒驱动机构电机磁偏特性分析研究

核电厂反应堆的控制棒驱动机构（CRDM）采用同步电机作为机电能量转换的关键部件,电机的单边径向磁拉力会导致电机转子轴系变形,并加剧轴承的磨损,对CRDM寿命和核反应堆运行可靠性产生重要影响。本文分析了CRDM电机径向静偏心、径向动偏心、倾斜偏心的机理,并建立了径向磁拉力、轴向磁拉力计算的数学模型,分析获得了径向磁拉力、轴向磁拉力的变化规律以及与偏心量的关系,结果表明CRDM电机的径向磁拉力相对轴向磁拉力显著较大,并且与转子中心偏心量呈线性正比关系,与转子两端最多倾斜偏心量呈非线性正比关系,所得结论能够为CRDM电机优化改进和轴系结构设计提供指导和依据。      

金属骨架电磁线圈在控制棒驱动机构中的应用

对使用金属骨架电磁线圈的控制棒驱动机构(CRDM)与使用传统非金属骨架线圈进行性能比较。结果表明:虽然两者均符合CRDM设备规格书要求,但金属骨架在耐高温、耐辐射、抗震性能、机械强度、可加工性及经济性方面全面优于传统非金属材料骨架。采用金属骨架可以制作出耐温等级420℃及以上的耐高温CRDM电磁线圈,降低了对反应堆压力容器顶部CRDM通风冷却系统的要求。     

基于自然对流的控制棒驱动机构温场研究

在新一代反应堆控制棒驱动机构耐温等级提升后,为分析取消控制棒驱动机构强制通风系统是否可行,建立了基于单台控制棒驱动机构流场的计算模型,合理确定了求解方法和边界条件,并通过与试验结果进行拟合,进行了控制棒驱动机构群全尺寸模型的温场和速度场计算,得到基于自然对流的控制棒驱动机构温场效应。研究结果表明,通过自然对流可以将控制棒驱动机构运行产生的热量完全带出堆坑,不存在堆坑窝热情况,并且随着控制棒驱动机构群总输出功率的增加,堆顶区域的自然循环强度也增加,可以达到冷却控制棒驱动机构的效果。因此,耐温等级提升后的控制棒驱动机构可以取消强制通风。     

控制棒驱动机构磁路饱和特性分析

利用理论分析和有限元分析（FEA）相结合的方法,研究了控制棒驱动机构（CRDM）中磁路饱和对电磁参数以及磁路参数的影响。通过建立CRDM等效磁路（EMC）模型,推导获取磁路参数的方法,并基于FEA获得了CRDM电磁参数以及磁路参数随电流和主气隙长度的变化趋势。分析结果表明,主磁路剩余磁阻和线圈电感受磁路饱和的影响较大;CRDM漏磁系数与磁路饱和的关系较小,但受主气隙长度的影响较大;主气隙磁阻的计算应考虑气隙磁通边缘效应。本研究为CRDM的EMC模型优化提供了理论依据。     

控制棒驱动机构排污系统三维稳态流动分析

为得到控制棒驱动机构(CRDM)排污管在排污工况下的流动情况,采用计算流体力学(CFD)方法对CRDM排污系统进行三维稳态流动分析。在已知CRDM排污系统阻力压降条件下,将复杂的CRDM流道简化为圆柱形阻力件,再利用反推法计算得到系统中的流量、流速和流动状态。计算结果表明,在排污工况下,系统内的流动状态为湍流流动,有利于提高排污效果。研究结果可为排污系统的设计提供参考。     

基于SWT与相空间曲变的控制棒驱动机构退化状态跟踪和识别

控制棒驱动机构（CRDM）是保证反应堆正常运行与安全的重要设备。针对其转速低、性能退化特征微弱且易受其他信号源干扰的特点,本文采用小波半软阈值（SWT）与相空间曲变相结合的方法对其退化状态进行了跟踪与识别。通过与基于振动幅值均方根（RMS）方法的对比,表明该方法能够克服传统基于线性信号处理理论对微弱性能退化状态不能很好地跟踪和识别的缺点,可以较好地对强背景噪声下的旋转机械性能退化状态进行跟踪和识别。      

控制棒驱动机构固定钩爪打开时间的验收准则优化

基于CPR1000型核电机组中控制棒驱动机构（CRDM）供电时序、固定钩爪的动作特点以及在10台机组中的试验结果分析,发现了在机组调试启动及正常运行期间,一回路液态流体温度、压力和是否带载控制棒对CRDM固定钩爪打开时间的影响规律,并据此优化了不同工况下CRDM固定钩爪打开时间的验收准则范围。本文结论不仅可以作为同类型机组在调试启动和正常运行期间CRDM固定钩爪打开时间验收准则的参考,也可作为CRDM固定钩爪打开过程理论受力模型分析的结论参考。      

伺服管主导型控制棒水力驱动机构流场数值计算

将伺服管调控原理应用于控制棒驱动机构的设计,提出一种新型的控制棒水力驱动机构。应用流体力学计算软件Fluent对水力驱动缸的内部流场进行数值模拟的结果表明:伺服管外径越大,可变节流口的阻力系数越小;设计中可变节流口的零位间隙可确定为0.2 mm;活塞上下面的压差主要通过固定节流孔的节流作用产生,通过改变可变节流口的间隙可有效控制压差力;驱动缸的提升能力可以满足设计载荷的要求。     

水力驱动控制棒步进缸三维流场数值模拟

应用计算流体力学程序CFX5对水力驱动控制棒步进缸内部的三维流场进行了计算和分析。结果表明：步进缸内大部分区域流体流速较小,压力较高,且变化不大,发生明显变化的部位主要分布在步进缸底部水管入口及截面突变处、内外套对孔处和排气孔处。     

控制棒驱动机构通风散热数值分析

利用ANSYS CFX软件对简化的CPR1000项目控制棒驱动机构三维模型进行连续下插动作时的通风散热数值模拟,分析控制棒驱动机构线圈温度、通风量与线圈温度、冷却风道进出口压差、控制棒驱动机构散热量及冷却风与磁轭和耐压壳接触面的传热系数的关系,并与试验结果进行对比,验证数值计算方法的可行性。     

伺服活塞式控制棒水力驱动机构的三维流场数值计算

伺服活塞式控制棒水力驱动机构是一种可连续移动且适用于一体化反应堆的新型内置式驱动机构。应用计算流体力学程序FLUENT对驱动机构内部三维流场进行数值计算和分析。结果显示,驱动机构内部流场唯一压力突变区域在可变节流口处,通过改变可变节流口间隙便可改变控制棒运动状态。当可变节流口间隙在0.5 mm范围内变化时,活塞两侧压差就会改变,进而驱动机构运动状态也会改变。当工作压力为0.1 MPa时,驱动机构提升能力便可满足设计载荷要求,且流量较小。     

基于结构噪声检测的控制棒驱动机构运行故障分析方法研究

针对丝杠滚子螺母型反应堆控制棒驱动机构（CRDM）,研究了CRDM结构噪声检测技术。通过对CRDM运行的结构噪声信号进行时程和频域分析,获取反映CRDM运行故障特性的敏感特征量及其故障判据。模拟试验分析表明:结构噪声的时程和频谱分析可反映CRDM故障特性,可有效地鉴别CRDM故障。      

反应堆控制棒驱动机构模拟负载系统的研制

介绍了反应堆控制棒驱动机构(CRDM)模拟负载装置的设计原理和方法,研制出了一种新型的模拟负载系统,用来模拟反应堆棒控系统对控制棒的控制过程。对设计的模拟负载系统进行了功能性试验和性能参数测试,并与实际运行系统进行比较后,发现该系统达到了各项功能控制要求,且性能稳定可靠,模拟负载的电磁线圈散热性能与负载特性良好,各项性能指标达到了设计要求。     

核电厂控制棒组件冷却系统的评估和优化

采用计算流体力学(CFD)数值模拟与实际实验参数对比分析风冷系统冷却特性,评估风冷系统设计合理性并优化限值。结果表明,控制棒数量的增加,有利于风量分配的均匀化和风冷系统冷却效率的提高;虽然回风温度是评价风冷系统冷却效率的关键指标参数,但应综合考虑反应堆控制棒的数量和分布,随着控制棒数量的变化,回风温度限值应相应变化。     

基于模拟实验装置的控制棒驱动机构移动线圈临界电流研究

针对压水堆核电厂控制棒驱动机构的移动线圈附近机械及磁路结构,制作比例为1:2的简化模拟实验装置测试研究移动衔铁的运动特性。针对该模拟实验装置采用磁路计算和ANSYS有限元计算开展了移动线圈临界电流的影响因素的理论分析。理论计算与实验测试结果对比显示:ANSYS有限元法计算结果与试验测试达到较好的吻合。依据ANSYS有限元法理论计算结果,降低隔磁片磁导率、增加隔磁片厚度均可提高临界释放电流。导磁材料磁导率、提升负载、以及提升间隙均对移动衔铁的临界提升电流和/或临界释放电流产生显著影响。     

基于CFD方法的自然循环反应堆冷却剂流动特性分析

运用计算流体力学(CFD)方法对自然循环反应堆冷却剂流场进行计算模拟。分析发现,采用剪切应力传输模型(SST)与雷诺应力模型(SSG)进行流场计算,其结果基本一致;CFD流量计算结果与系统程序Relap5流量计算结果基本一致。对反应堆堆芯采用闭式通道和设置提升筒的方案进行论证分析发现,两种方案均对流量分配产生影响,使流量分配特性与堆芯径向功率分布更加接近,从而实现流量分区。     

一种自适应的控制棒驱动机构滚轮丝杠副剩余寿命预测方法研究

针对反应堆控制棒驱动机构（CRDM）滚轮丝杠副剩余使用寿命（RUL）预测中如何选取有效的健康状态指标和合理构建预测模型的难题,提出了一种新的滚轮丝杠副RUL预测模型。采用基于生成拓扑映射算法（GTM）的负对数似然概率（NLLP）指标作为滚轮丝杠副的健康状态指标,利用K均值聚类算法对NLLP指标进行状态划分。利用历史数据和在线监测数据构建基于Markov模型和最小均方算法（LMS）的自适应预测模型,根据设定的阈值预测得出剩余寿命。通过实验验证,结果表明本文选取的健康状态指标能够有效地反映设备状态,所给出的自适应预测模型比一般的预测模型的预测精度高,为合理构建RUL预测模型提供了依据。