基于振动信号的控制棒驱动机构滚轮早期故障诊断研究

针对现有研究未充分关注控制棒驱动机构(control rod drive mechanism,CRDM)的早期故障诊断问题、很难将故障特征定位至具体部件以及人工引入的故障样本与装备实际故障特征存在差异等不足,提出了一种基于振动信号的CRDM滚轮早期故障诊断方法:首先,利用寿命考核试验时机采集了某密封磁阻马达式CRDM的滚轮全寿命振动信号,基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和Hilbert变换方法进行解调分析,获得与滚轮退化状态相关的模态成分;然后,采用时、频域分析方法获得了11个能够直接表征CRDM滚轮磨损状态的特征量,并根据退化趋势提取出与实际故障特征高度吻合的早期故障样本;最后,分别基于BP神经网络和支持向量机两种方法实现了CRDM滚轮早期故障的多特征智能诊断。结果表明:提取的滚轮早期磨损故障样本与实际运行过程保持了较好的一致性,证明所提CRDM滚轮早期故障诊断方法具有较强的工程应用价值。

控制棒驱动机构楔形迷宫密封组件设计与密封性能研究

控制棒驱动机构(CRDM)与压力容器管座之间通常采用焊接连接,针对堆芯换料导致的拆卸不便以及二次焊接时密封性能变差等问题,对控制棒驱动机构的连接形式进行了研究,提出了一种便于维修和利于拆卸的楔形迷宫密封结构。首先,引入了迷宫密封的设计理念,加入了楔形密封结构,采用钢制压力容器的设计标准,计算了工况下控制棒驱动机构所需的最小壁厚和热压载荷耦合作用下的临界屈服温度;然后,应用有限元方法模拟了C形环工作状态,研究了金属C形环的回弹特性及密封面状态;最后,针对楔形迷宫密封组件开展了泄漏率试验和热循环试验。研究结果表明:工况下的最小壁厚为10 mm,临界屈服温度为72.5℃;C形环尺寸越大,最大线比压值越小,密封面的贴合程度越高;楔形迷宫密封组件的泄露率小于1.0×10-6 Pa·m 3/s,能够满足多次拆卸工况下的密封要求。

压水堆控制棒驱动机构传动部件磨损研究现状

在压水堆核电站中,控制棒驱动机构(CRDM)是实现反应堆启动、调节功率、保持功率、正常停堆和事故状态下的紧急停堆的关键设备,其可靠性直接关系到核电站的运行安全,磨损是该机构失效的主要形式。压水堆CRDM所用传动部件主要有磁力提升钩爪式和丝杠滚珠式,磨损失效是传动部件主要的失效形式。目前针对CRDM传动部件磨损的研究进展缺乏系统地分析或综述。本文介绍了CRDM传动机构的结构和运动形式,阐述了CRDM传动机构的材料选型与未来研究方向,并概述了核电行业中的CRDM传动机构的磨损研究进展,最后讨论了两种机构基于不同理论的磨损预测模型,并对CRDM传动机构材料的未来研究方向进行展望。

核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝组织和性能研究

试验采用专用自动TIG焊机焊接核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝,选用机械加工Y形环作为填充材料,研究Canopy焊缝组织和性能。结果表明:通过自动TIG焊,机械加工Y形环熔成的Canopy焊缝,成形良好,宽度适中,焊缝与母材冶金熔合良好;焊缝组织主要由板条状或骨架状铁素体与快速凝固的柱状奥氏体组成;经23.1~23.3MPa水压试验,Canopy焊缝表面无渗漏,无可见变形;维氏硬度结果表明:焊缝硬度在210HV左右,焊缝硬度分布均匀。该研究为核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝用机械加工Y形环提供了宝贵的经验。

基于OpenCV的核电站控制棒驱动机构管口识别技术研究

本文研究了基于OpenCV的核电站控制棒驱动机构管口识别技术,在核电站反应堆压力容器顶盖的在役检查过程中,利用机器视觉技术实现控制棒驱动机构(CRDM)的管口自动识别具有重要意义。本研究使用OpenCV计算机视觉库,采用灰度化处理、滤波处理对图像进行预处理,通过霍夫变换算法实现管口的识别,以期提高反应堆压力容器顶盖检查的检测效率,缩短检测时间,为反应堆压力容器顶盖检查系统的自动化控制工作提供有效参考。

中国先进研究堆控制棒驱动机构定型样机试验验证

中国先进研究堆(CARR)是一座轻水冷却、重水慢化、反中子阱型多用途研究堆。该堆采用全封闭的可动线圈磁力连接控制棒驱动机构。在CARR原驱动机构和1#、2#改进型原理样机的基础上,设计了基于2.5 mm厚度密封筒的改进型驱动机构,加工了用于定型验证的定型样机,设计加工了相关的试验台架,对定型样机的性能进行了严格的试验验证。

控制棒驱动机构工作线圈在线寿命评估方法研究及算法实现

现有压水堆控制棒驱动机构通过定期测量工作线圈进行电阻或绝缘电阻的方法,只能提供有限的监测和诊断信息,无法对工作线圈的性能变化过程进行完整评估。基于现有控制棒驱动机构工作线圈热寿命方程,研究并设计一套可用于开展工作线圈在线寿命评估的方法;通过采集线圈工作电压及工作电流,获得实时的工作线圈电阻,并换算为工作线圈实时工作温度,将实际工作时长折算为工作线圈热寿命消耗时长。最终达到对控制棒驱动机构工作线圈进行在线寿命预测及评估的目的。

控制棒驱动机构电源系统欠励磁保护与过电流保护配合的仿真分析

介绍了某核电站因为控制棒驱动机构的电源系统(即RAM系统)故障导致反应堆停堆,从RAM系统保护动作入手,深入分析此次RAM系统故障导致反应堆停堆的原因,通过计算分析提出了解决类似问题的建议。通过在不同负载工况下对故障过程进行仿真,复现了故障工况下的电流大小,验证了建议措施的正确性,为RAM系统保护定值的修改提供了依据。

核电站控制棒驱动机构电源系统建模及故障分析

大型核电站控制棒驱动机构的电源系统由两台带飞轮的电动发电机组成,励磁方式包括自并励和相复励。某自并励机型棒电源系统曾发生一机失磁,与之并联的另一机过流保护抢先动作的严重事故。实际核电站中大量棒电源系统采用相复励机型,为了探究此次事故原因并判断棒电源系统中是否存在保护失配的共性风险,有必要对相复励棒电源系统故障特点进行研究。文中从相复励系统的全补偿公式出发,理论分析了机端短路电流变化趋势与相复励系统参数的关系,然后建立了棒电源系统的PSCAD模型。发现机端短路故障的仿真计算与理论分析相吻合,并通过动模机组单机机端短路实验共同验证了仿真模型的正确性。文中仿真分析了棒电源系统单机失磁时的故障特点,提出利用稳态等效电路估算棒电源系统失磁故障时机端电流的大小。结合制造厂家的真机实验验证了估算方法的有效性,同时说明了事故棒电源系统过流与失磁保护失配的原因,为核电棒电源系统保护装置改造奠定了基础。

考虑应力腐蚀和辐照影响的控制棒驱动机构贯穿喷嘴可靠性分析

针对压水堆堆内构件控制棒驱动机构合金600贯穿喷嘴故障,基于概率断裂力学理论,进行应力腐蚀和辐照环境下的两种失效模式(泄漏失效和断裂失效)可靠性分析。首先构建寿命预测模型,然后采用有限元仿真分析实际工况下的载荷响应,最后利用广义应力-强度干涉模型计算可靠度。选取西屋控制棒驱动机构合金600贯穿喷嘴进行案例分析,在95%置信度水平下,运用蒙特卡洛仿真法预测两种失效模式下的寿命区间,并开展敏感性分析,以确定影响喷嘴寿命的重要参数。所提方法对堆内构件优化设计有一定的理论指导意义。

控制棒驱动机构智能感知与自适应控制系统设计及仿真验证

控制棒驱动机构作为核反应堆控制和核安全保护系统的执行机构,对其运行状态进行有效监测是防止反应堆发生控制棒卡棒、滑棒和驱动失灵,保障核反应堆安全经济运行的必要手段;在研究分析控制棒驱动机构线圈电流和振动信号特征的基础上构建了控制棒驱动机构状态判别与故障诊断模型,并基于dSPACE实时仿真系统建立了控制棒驱动系统自适应控制数字化模型和控制棒驱动机构智能感知与自适应控制实验样机;通过功能验证,证明该系统能根据电流和振动信号实现对控制棒驱动机构正常运行工况和典型故障模式的实时判别、故障诊断与自适应控制,运行状态识别准确率达到99.2%以上,为后续核反应堆智能设备的研制提供参考。

某压水堆核电站控制棒驱动机构电流负载特性浅析

随着某压水堆核电站棒控棒位系统(RGL)的逐步老化及备件停产,拟采用成熟的数字化技术进行整体改进。由于主流数字化技术的控制电源功耗增大,有必要对现有系统的负载和容量进行分析论证。通过控制棒驱动机构(CRDM)和控制系统在极限负载工况下对控制棒驱动机构电源(RAM)系统的负载特性及功耗进行简化分析和仿真。仿真结果表明,随着新系统控制电容量的增大,原系统供电方案不利于RAM系统的稳定运行,存在潜在风险。为确保RGL系统整体改进后系统供电容量及品质满足RGL的正常稳定运行需求,提出可行的电源系统改进方案,将原有RGL的RAM两相控制电转移至交流不间断电源系统(LNE)。该方案在有效降低RAM发电机组三相不平衡现象的同时,有利于RAM发电机组的稳定运行,确保改进后RGL控制电源系统的可靠性。

控制棒驱动机构传热特性数值研究

控制棒驱动机构(CRDM, Control Rod Drive Mechanism)是控制反应堆正常安全运行的重要设备。反应堆运行时,受反应堆冷却剂的热虹吸和磁扼线圈通电产生热量的作用,驱动机构在较高的温度下运行,如果磁扼线圈等部件的温度长时间超过其允许的使用温度,会严重影响这些部件的工作寿命,甚至造成失效,影响反应堆的正常运行,因此需要对CRDM进行冷却。文章针对单根控制棒驱动机构,进行计算流体力学(CFD, Computational Fluid Dynamics)数值模拟,在自然对流工况下,对CRDM的传热特性进行了研究,得到CRDM整体和各个关键部位的温度分布情况,并针对不同输入参数对磁扼线圈温度影响进行了敏感性分析,发现线圈发热量和导热系数对线圈的平均温度影响较大,线圈发热量增加68%,提升线圈平均温度提高26%。线圈导热系数提高17.75倍,线圈平均温度减小25%。

控制棒驱动机构线圈电流曲线数据分析算法研究与实现

控制棒驱动机构(CRDM)用于实现对反应堆功率的调节与控制,其运行可靠程度直接影响着核电厂的安全性和经济性。目前核电厂和设备制造厂均缺少对CRDM进行可视化、智能化的故障诊断系统或数据分析方法。针对以上情况开发了一种控制棒驱动机构线圈电流曲线分析算法,用于对CRDM的线圈电流进行数据分析和故障诊断,从而可以实现对CRDM的智能分析和系统健康状态评估,以便于在核电厂调试及大修期间对CRDM进行全面的检修和维护。

核电站控制棒驱动机构冷却系统试验及验证

控制棒驱动机构(CRDM)运行期间,磁轭线圈产生热量,由于驱动机构之间间隙较小,自然通风的散热效果不佳,为使驱动机构正常工作,工程上主要采用冷却风机对驱动机构进行强制对流散热。通过搭建CRDM冷却系统1/2缩比台架,对围筒内部各磁轭通道的冷却风速及其分布,在不同数量风机运行工况下的表现进行试验研究。并在两台风机同时运行工况下,进行全尺寸流场有限元分析与缩比模型试验结果对比,验证试验与理论分析具有一致性。该试验确定了冷却通风分布的均匀性和系统整体风阻,为工程实践提供依据,同时验证了原工程设计的合理性和经济性,确认工程选型风机可满足冷却系统需要。

核电厂直流控制棒驱动机构电源系统绝缘监测问题仿真分析

某核电厂直流控制棒驱动机构电源系统在调试过程中出现了绝缘监测频繁误报警的问题。为确定该问题发生的原因,对该系统使用的交流注入式绝缘监测装置原理进行了分析,对系统绝缘测量值进行了仿真计算,得到系统对地电容与绝缘监测装置测量精度之间的对应关系,进而得出系统对地电容过大是引起绝缘监测装置测量偏差的重要因素。同时,通过仿真结果可知,绝缘监测装置的采样频率,会对测量精度产生较大影响。针对当前直流控制棒驱动机构电源仅在正极设置二极管的方案,对正负极均配置二极管的方案进行了仿真分析。通过仿真可知,负极增加二极管的方案并不利于系统绝缘监测精度的提升。

控制棒驱动机构耐压壳顶部螺母破拆修复工艺

在机组装换料大修期间,根据预防性维修大纲会对控制棒驱动机构顶部螺母进行拆装。经查阅历史检修记录可知,螺母与螺杆咬死现象发生率极高,咬死后维修人员手工破切螺母,无标准检修工艺约束,易导致因检修方式不当引起的驱动机构耐压壳损伤,机组无法运行的风险。根据历史检修经验反馈,专门设计了一套控制棒驱动机构顶部螺母破拆修复工艺。该工艺依托专用工装执行,以达到耐压壳主体结构不受破坏的前提下进行咬死螺母破切及螺杆螺纹修复工作。

600MW核电站控制棒驱动机构原理样机风冷试验

描述了秦山核电二期工程600MW核电站控制棒驱动机构原理样机风冷及发热试验。通过模拟反应堆实际运行条件 ,确定了驱动机构冷却风道的压力损失、所需的最小风冷速度以及驱动机构发热量与风冷速度的关系 ;

控制棒驱动机构电磁场分析

控制棒驱动机构(CRDM)是关系到反应堆正常运行和安全可靠的重要设备之一。控制棒驱动机构普遍采用磁力提升式结构,其中电磁设计是驱动机构设计中的一个核心内容,也是保证机构安全、稳定运行的关键技术。针对这一关键技术研究,对ANSYS有限元程序和分析方法进行验证,论证用有限元分析电磁场的可行性。根据核电站驱动机构磁路计算书中提供的输入,分别计算控制棒驱动机构提升磁路、保持磁路和传递磁路等三个磁路的电磁场;并分析控制棒驱动机构整体磁路的电磁场,计算提升磁路与保持磁路电流方向相同、方向相反和提升磁路单独通电等三类情况。

控制棒驱动机构销轴磨损寿命与可靠性仿真

采用有限元仿真、蒙特卡洛仿真、Archard磨损模型和应力强度干涉理论开展了钩爪伸出和收回工况下的销轴滑动磨损寿命与可靠性研究。钩爪收回工况与伸出工况相比,3个销轴的平均法向载荷和接触面积显著增加,而滑动距离变化较小。到第1800万次运动步数时,钩爪缓冲轴销轴、连杆衔铁销轴和钩爪连杆销轴的磨损可靠度预测值分别降低到0.0761、0.2328和0.2930,无法满足新一代预测驱动机构超长寿命的要求。此外,针对销轴磨损模型中的参数进行了基于有限差分法的可靠性灵敏度分析,可为后续提高销轴磨损可靠性水平提供参考。