反应堆直接安注结构优化及三维流动仿真研究

安注结构对于压水堆一回路的压力边界失效时防止堆芯将因为持续的发热而“蒸干”有着重要作用。为此,本文通过对安注结构进行建模仿真计算,分析安注结构对于流动的影响,并基于代理模型进行多目标优化,得出文丘里形式的直接安注结构安注管有两个作用。一是节流作用,防止反应堆内的流体倒流,二是与挡流板配合使用,防止安注冷水在大流量时冲到吊篮组件上。通过优化使导流板两侧流动顺畅,导流板两侧压力分布接近,都较为均匀,优化后的导流板受力降低,优化的效果较为明显。

α-Fe材料辐照促进应力腐蚀开裂计算模拟研究

对于压水反应堆结构,辐照促进应力腐蚀开裂(IASCC)是其最主要的失效机制。理解辐照条件下辐照缺陷与微裂纹之间的相互作用,是理解辐照促进应力腐蚀开裂微观机制的重要一步。在本研究中,利用反应力场分子动力学(ReaxFF-MD)方法,模拟了体心立方结构(α相)的纯铁在辐照-应力-腐蚀三因素耦合作用下的演化过程,并对其进行腐蚀模拟与拉伸应变模拟,研究辐照促进应力腐蚀开裂底层物理机制及影响因素。

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。

控制棒驱动机构用同步磁阻电机低速运转平稳性研究

首先通过分析控制棒驱动机构中同步磁阻电机在低速运行时出现失稳的原因,得到了齿槽转矩脉动、换相换流转矩脉动和低速时电流非正弦引起的转矩脉动对转矩波动的影响规律。然后通过建立的低速运转仿真模型得到了电机在不同转速下的电流和输出转矩,并针对仿真结果,提出了从电机本体结构和控制方式对电机转矩脉动进行优化的方案。仿真结果表明:优化后电机低速运行平稳性得到明显改善,在低速运行时的电流畸变率减小了65%,转矩脉动最高减小了81%。

反应堆控制棒驱动机构抱紧装置电磁特性研究

控制棒驱动机构(CRDM)是核反应堆中的重要设备之一,抱紧装置是CRDM实现运动类型转换的关键部件,其电磁性能直接影响CRDM的运动特性。为更好地分析CRDM的运动特性,提升CRDM关键部件的设计分析精度,利用ANSOFT有限元分析软件,通过理论分析和仿真计算相结合的方法,对抱紧装置的单边磁拉力、轴向电磁力和瞬态动作过程等电磁特性进行了研究,并通过试验测试的方法对计算分析结果的准确性进行了验证。试验结果表明,计算分析方法准确度可达90%。通过研究,获得了有、无偏心两种情况下抱紧装置的动作时程及CRDM运行过程中抱紧装置的受力状态,全面了解了抱紧装置的电磁特性,提升了CRDM整体设计水平。

PDCA在缩短直线电机型控制棒驱动机构落棒时间中的应用

直线电机型控制棒驱动机构在水中试验过程中,出现了水中落棒时间超出设计要求的现象,影响了驱动机构的正常运行。针对水中落棒时间超差的问题,利用PDCA科学工作方法,从人、机、料、法、环各方面进行原因分析,确定了影响水中落棒时间的主要因素,并针对主要因素制定了相应的对策,采取了具体的改进措施。通过多次试验验证,结果表明,改进后有效缩短了水中落棒时间,并且驱动机构的性能稳定,未再出现水中落棒时间超差的现象。

基于ANSYS和SYSNOISE的电机噪声仿真分析方法

针对电机噪声分析时有限元软件ANSYS不能直接得到声响特性与实验数据比对的问题,研究与振动声学分析软件SYSNOISE进行联合仿真的方法。以一台永磁直流电机为例,建立基于AN-SYS的结构动力模型,计算振动频响特性并作为输入边界激励条件加入SYSNOISE,用SYSNOISE计算出声压频响特性。仿真与实验结果表明,最大相对误差为8.5%,满足工程设计需要。给出了AN-SYS与SYSNOISE间结构网格和边界条件预处理与导入的具体办法,解决了两个软件的兼容问题。该方法利用两个软件的优势加快了计算速度,仿真结果亦直观,方便与实验结果相比较。

CRDM异种金属焊缝射线检测疑似缺陷的评定分析

控制棒驱动机构(CRDM)是核反应堆中的重要设备之一,其密封壳是构成核反应堆压力边界的一部分。密封壳是由两段不同材料(奥氏体不锈钢和镍基合金)筒体通过异种金属焊缝焊接而成的压力容器。产品生产过程中,在对此异种金属焊缝射线检测时发现了疑似缺陷的显示。通过试验验证,阐述了疑似缺陷产生的机理和过程,证明了此疑似缺陷并不影响焊缝的质量。

磁力提升型控制棒驱动机构提升动作过程动力学分析

磁力提升型控制棒驱动机构的动力学特性直接影响其工作性能。为获得完整准确的动力学分析结果,针对驱动机构提升驱动杆组件的动作过程,建立电磁和水阻力计算模型,采用MATLAB编制相应的S函数,在LMS Virtual.lab Motion中建立虚拟样机模型,通过MATLAB与LMS的联合仿真,实现动力学参数的交换,完成驱动机构提升动作过程的动力学分析。仿真分析得到的提升衔铁动作时间与驱动机构样机的试验数据接近。

“华龙一号”核电厂CRDM钩爪制造及试验研究

针对第三代压水堆核电厂对控制棒驱动机构提出的更高技术要求,"华龙一号"反应堆驱动机构钩爪零件采用了钴基合金堆焊耐磨面的双齿钩爪。针对此零件结构特点和制造工艺存在的难点,研制了堆焊用专用装置。通过试验和有限元仿真等方法对相关工艺参数进行优化,完成了钩爪零件试制,对零件进行金相检验、液体渗透检验、硬度检验和热态寿命试验。结果表明,钩爪零件具备较高的硬度和耐磨性,满足第三代压水堆核电厂对驱动机构运行寿命的要求。

磁力提升型控制棒驱动机构电磁场仿真分析

为确保控制棒驱动机构的设计合理性和先进性,利用ANSOFT软件对控制棒驱动机构的工作磁路进行了电磁场有限元计算分析。根据核电站工程项目驱动机构的相关设计输入,分析控制棒驱动机构整体磁路的电磁场,并以提升磁极输出电磁力为例,计算分析提升线圈单独通电、提升线圈与移动线圈同时通电和提升线圈与保持线圈同时通电3种工况下提升磁极的力移特性。分析结果表明,采用的仿真分析方法可靠、准确,可用于控制棒驱动机构电磁结构的优化设计或适应性设计中,并可配合解析方法使用,提高了驱动机构设计的合理性和先进性。

电机绕组用金属铠装矿物绝缘电缆

目的研究电机绕组用金属铠装矿物绝缘电缆的特性。方法设计由316L材料外保护套、高纯氧化镁绝缘体和纯铜导线组成的铠装线,采用预制氧化镁瓷柱法,在不高于900℃温度下进行多道次减径处理,完成直径为2.2 mm,长为400 m的铠装线及一相定子绕组的试制,进而研究铠装线的绝缘电阻、击穿电压及热老化性能。结果铠装线在500℃时的绝缘电阻不低于1×108?·m,室温和500℃的击穿电压(工频50 Hz)均不低于1.95 k V,铠装线不存在绝缘老化的现象。结论采用的结构设计方法和制备工艺可以试制出具有良好电气和机械性能的铠装线及绕组。

“华龙一号”控制棒驱动机构设计研究

控制棒驱动机构是反应堆控制和保护系统的伺服机构,它是反应堆本体中唯一的动设备,其安全性和可靠性直接影响到反应堆的安全与运行,特别是在事故工况下,控制棒驱动机构必须能够完成快速落棒,实现安全停堆。本文根据"华龙一号"核反应堆控制棒驱动机构的设计要求,结合以往工程与科研经验,对决定控制棒驱动机构安全性和可靠性的关键零件"钩爪和连杆"的制造工艺进行了设计研究,根据研究结果确定了最佳的工艺参数,并按照该工艺进行了样件试制,最后,利用控制棒驱动机构整机对样件进行了热态寿命考核。结果表明,采用本文确定的最佳工艺参数制造出的钩爪和连杆零件具备较高的硬度和良好的耐磨性,经历1500万步热态寿命试验后,仍有一定运行余量,可充分满足第三代压水型反应堆控制棒驱动机构在安全性和可靠性方面的设计要求。

“华龙一号”反应堆驱动机构钩爪设计制造优化研究

为得到寿命更长的钩爪,基于有限元仿真对"华龙一号"反应堆驱动机构钩爪的堆焊工艺进行优化。首先建立堆焊工艺仿真模型,通过仿真结果确定合理的焊接工艺和参数;然后根据优化后的焊接工艺进行零件试制,并对试验件进行金相检验、硬度检验和热态寿命试验。试验结果表明:采用钴基合金堆焊耐磨面的双齿钩爪具备较高的硬度和耐磨性,满足第三代压水堆核电厂对驱动机构运行寿命的要求。

直线电机型控制棒驱动机构设计与试验研究

为满足核反应堆控制棒驱动机构布置在压力容器堆底、间距小的特殊要求,设计了一种基于行波磁场的直线电机型控制棒驱动机构,实现无机械传动装置的直线驱动,完成了力移特性分析、永磁材料特性研究和结构设计,制造了直线电机型控制棒驱动机构样机,并通过了错对中试验、热态寿命试验、抗震试验等。试验结果表明,直线电机型控制棒驱动机构各项性能指标满足设计要求。

控制棒驱动机构动钩爪组件动作时间影响因素分析

针对磁力提升型控制棒驱动机构冷热态性能试验中钩爪组件动作响应时间波动较大的问题,对控制棒驱动机构步进运动过程中钩爪组件的运动特性进行了研究,并以缓冲轴动作状态为例。分析了驱动机构在提升和下插运动过程中缓冲轴的不同动作状态;建立了缓冲轴依靠弹簧力和重力下插运动时间的数值计算模型;通过MATLAB软件编程计算获得了不同运动状态下间隙、弹簧刚度、负载与缓冲轴下插运动时间的关系曲线,分析了相关结构参数对动作时间的影响,找到了引起钩爪组件运动时间大幅度波动的关键因素。

激光增材制造技术在核电堆内构件304LN不锈钢大型复杂结构件上的应用

将激光增材制造技术用于核反应堆堆内构件304LN奥氏体不锈钢大型复杂结构件的制备,利用金相显微镜和扫描电镜分析,对焊态及热处理态熔覆层组织进行微观分析,并对熔覆态及热处理态熔覆层开展力学性能试验。结果表明:激光熔覆304LN不锈钢熔覆层组织由沿熔覆增高方向贯穿多层外延生长的柱状晶组成,柱状晶内包含多个细长整齐排列的树枝晶,奥氏体基体上分布着大量沿熔覆增高方向排列的残余铁素体;固溶处理后残余铁素体消除,奥氏体基体上析出大量碳化物。304LN奥氏体不锈钢熔覆态组织具有良好的力学性能。

控制棒驱动机构用钕铁硼永磁材料研究

控制棒驱动机构(CRDM)通常采用工业纯铁作为其电磁结构的材料,如果改用钕铁硼(NdFeB)永磁材料,可以进一步提高电磁力,从而减小电磁结构尺寸。实验研究了几种规格的钕铁硼试样,分析了温度、γ射线辐照、工作时间、结构等因素对材料的磁性能和开路磁通的影响。研究结果对于NdFeB材料用于CRDM设备具有指导意义。

基于MATLAB和LMS的控制棒驱动机构开合结构动力学分析

核反应堆控制棒驱动机构能够按照指令提升、下插、保持和断电释放控制棒组件,对于反应堆的安全性和可靠性有着重要的作用。K型控制棒驱动机构依靠开合结构的不同状态来实现传动部件与控制棒组件连接杆的啮合或脱离。本文首先对开合结构进行了磁路分析,建立了电磁计算数学模型,然后通过LMS Virtual.lab Motion建立了开合结构的虚拟样机模型,导入到MATLAB Simulink系统中,并编制了开合结构电磁计算的S函数,搭建完成了开合结构的动力学仿真系统。通过对控制棒驱动机构开合结构的动力学仿真,获得了开合结构的动力学参数,动力学分析结果可作为开合结构限位盖、转臂等零件强度校核和优化设计的依据。

控制棒驱动机构钩爪齿复合冲击磨损可靠性分析

文中基于改进后的Lewis复合冲击磨损模型,利用蒙特卡洛仿真方法获得在不同步跃运动步数下的控制棒驱动机构钩爪齿磨损量分布,进而应用广义应力-强度干涉理论和有限差分法分别进行了钩爪复合冲击磨损的可靠性分析与灵敏度分析。采用某型号控制棒驱动机构的相关数据进行案例分析后,发现现有的钩爪能够满足600万步的步跃运动的设计寿命要求,但是运行至1 800万步时可靠度有明显下降。此外依据灵敏度分析结果,发现钩爪齿面硬度和钩爪齿面相对滑移距离对复合冲击磨损可靠度的灵敏度较高。