控制棒水压驱动机构水压缸碳化钨涂层工艺优化研究

针对核反应堆控制棒水压驱动机构关键部件水压缸摩擦副碳化钨(WC)涂层存在的“龟裂纹”问题,开展WC涂层的磨削工艺优化、去应力处理研究,并对优化后工艺制备的WC涂层的基本性能和摩擦磨损性能以及水压缸冷态性能进行试验。结果表明,改进后的WC涂层制备工艺解决了“龟裂纹”问题,采用该工艺加工的水压缸涂层的基本性能和摩擦磨损性能、水压缸冷态运动阻力及泄漏率等性能满足控制棒水压驱动机构的使用要求。研究结果为控制棒水压驱动机构的整体性能研究,以及控制棒水压驱动技术的进一步发展和工程化奠定了基础。

控制棒水压驱动机构水压缸摩擦副涂层优选研究

根据控制棒水压驱动机构的使用要求,针对水压缸外套缸碳化钨(WC)涂层采用含钴元素(Co)材料作为粘合剂导致的放射性问题,基于与活塞环摩擦副匹配的摩擦磨损试验,开展了水压缸摩擦副涂层优选研究,提出了碳化铬(Cr_(3)C_(2))涂层方案,并对Cr_(3)C_(2)涂层性能、水压缸冷态性能进行了试验。结果表明:Cr_(3)C_(2)涂层摩擦系数更低,摩擦磨损性能优于原WC涂层,涂层性能、水压缸冷态运动阻力及泄漏率等性能与原WC涂层相当,满足控制棒水压驱动机构的使用要求;且Cr_(3)C_(2)涂层不含Co元素,解决了原WC涂层含Co导致的放射性处理问题。另一方面,Cr_(3)C_(2)涂层无需沉积TiN膜,简化了水压缸外套缸的摩擦副表面处理工艺。研究结果为控制棒水压驱动机构的整体性能研究以及控制棒水压驱动技术的进一步升级提供了技术储备。

控制棒水压驱动步升过程流动阻力影响分析

控制棒水压驱动系统(CRHDS)是清华大学为NHR200发明的新型内置式控制棒驱动系统。组合阀是驱动系统关键的流量控制部件,其流动阻力对控制棒水压驱动机构的步进性能有重要影响。本文完成了驱动机构不同流动阻力工况步升过程性能试验,建立了驱动机构水压缸步升过程理论模型,得到了水压缸步升过程关键性能参数的动态变化曲线,理论结果与试验结果符合很好。在此基础上,利用模型分析了热态工况驱动机构水压缸变流阻步升动态过程。结果表明:随着流动阻力的增大,步升平均速度逐渐减小,步升时间、步升后压力迟滞时间和步升过程总时间均增大。研究成果为CRHDS组合阀流动阻力的设计和优化奠定基础。

控制棒水压驱动机构水压缸步降过程运动阻力研究

水压缸是控制棒水压驱动机构的主要部件,水压缸的动作包括步升过程和步降过程,水压缸步降运动阻力是水压缸结构设计和步降运动分析的关键参数。对水压缸步降过程进行了理论分析,建立了步降过程动态理论模型。在此基础上,结合控制棒水压驱动机构单缸性能实验结果,得到了水压缸步降速度和步降加速度,进而推导出两种水压缸运动阻力模型。对两种阻力模型及其计算结果进行了对比,结果表明,在实验工况下,模型计算所得步降动态位移曲线与实验曲线符合较好。同时,基于步降加速度的阻力模型中运动阻力是缸内套步降速度以及缸内压力的函数,函数中系数项与配重关系明显,更加适合于工程计算和推广。

控制棒水压驱动机构水压缸步降过程研究

水压缸是控制棒水压驱动机构的关键部件,根据水压缸步降运动过程特点,将水压缸步降过程缸内压力变化划分为步降前卸压过程和步降降压过程两个阶段,分别建立了两个阶段压力变化理论模型。其中,步降降压过程理论模型结合水压缸步降运动学模型,又得到了水压缸步降过程动力学模型。理论模型计算结果与控制棒水压驱动机构单缸步进性能实验结果进行了对比,结果表明,在实验配重载荷工况下,理论压力变化和位移曲线很好地符合了实验曲线,从而为水压缸步降压力变化过程影响因素的确定及控制棒水压驱动系统步进时间的获得提供了理论基础。

控制棒水压驱动系统水压缸降压过程理论分析

控制棒水压驱动技术是清华大学核能与新能源技术研究院具有自主知识产权的一项新型发明专利技术。水压缸属于该项技术的关键部件,而水压缸降压过程直接影响水压缸的复位,水压缸的性能直接影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本文建立了水压缸降压理论模型,对该过程进行了分析;根据实验运行工况,计算得出了水压缸运行性能,并利用实验数据验证了计算结果。计算结果表明:在降压过程中,内套位移减小,速度逐步减小,直到停止运动;由于缸内压力减小,缸内和缸外的压差减小,密封环泄漏流速减小。缸内压力模型能提供所需的物理量,为水压缸和驱动机构运动机理分析提供了理论基础。

控制棒水压驱动系统水压缸参数特性分析

控制棒水压驱动技术是清华大学核能与新能源技术研究院具有自主知识产权的一项新型发明专利技术。水压缸属于该项技术的关键部件,水压缸的性能直接影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本文建立了水压缸理论模型并进行了实验验证,对影响水压缸运行的主要参数进行了参数特性分析。计算结果表明,泵扬程、管道长度及直径、弹簧系数、外界载荷、密封环泄漏通道宽度,直接影响水压缸内套运动时间和水压缸内套运动到终点的瞬间冲击能量。其中,泵扬程、管道长度和管道直径对水压缸运动影响较大。本文结果为水压缸和驱动机构的驱动力优化奠定了分析基础。

控制棒水压驱动系统冷态性能实验研究

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆NHR200发明的新型的内置式控制棒驱动技术,该驱动系统由水压驱动机构、组合阀、控制棒和缓冲器等组成。控制棒水压驱动系统冷态性能是控制棒步进时间和系统驱动压力选取的基础。本文分析了控制棒水压驱动系统的组成和工作原理,完成了全尺寸控制棒水压驱动系统冷态性能实验,包括水压缸最小落棒压力实验、提升缸带载步进实验和快速落棒实验等。在实验结果的基础上分析了关键特性参数的变化规律和机理。结果表明:最小落棒压力是保持驱动机构销爪正常工作所需的最小驱动压力,其对应于压力时程曲线上峰值波动过程的变化起点;步升和步降过程压力拐点分别对应位移到位点,随着驱动水压的增加,水压缸充压拐点压力逐渐增加,步升时间、充压拐点时间逐渐减少。实验研究成果为控制棒水压驱动系统的设计、优化和工程应用奠定基础。

控制棒水压驱动系统落棒减速性能实验研究

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆发明的新型的内置式控制棒驱动技术,控制棒水力减速部件是水压驱动系统的关键部件之一,通过其对控制棒落棒过程进行减速,在保证落棒时间的前提下,降低控制棒快速落棒过程的冲击力。分析了水力减速部件组成和工作原理,确定了水力减速箱侧壁开孔方案,完成了不同开孔方案工况下控制棒水压驱动系统冷态落棒减速性能实验,在实验结果的基础上对比和分析了不同方案下的落棒减速机理和落棒过程特征参数随开孔方案的变化规律。分析结果表明:随开孔面积的增大,落棒时间逐渐减小,落棒峰值速度逐渐增大。在开孔面积大于0.004 m^2时,随开孔面积的增大,落棒峰值速度增大过程趋于平缓,落棒稳定速度和落棒延迟时间变化不大,控制棒触碰碟簧速度缓慢增大。实验研究成果为控制棒水压驱动系统落棒减速部件的理论建模和设计优化提供了基础。

控制棒水压驱动系统落棒减速部件三维流场分析

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆研制的新型内置式控制棒驱动技术,控制棒水力减速部件是水压驱动系统的关键部件之一,在保证落棒时间的前提下,通过其对落棒过程进行减速,降低控制棒快速落棒过程的冲击力,避免控制棒十字翼的变形和损坏。本文分析了控制棒水压驱动系统落棒减速机理,利用CFD软件FLUENT对驱动系统水力减速箱流道进行了三维流场数值分析,并分析了对应不同落棒位置水力减速箱流道在不同边界条件下的流场分布特性。在流场分析结果的基础上计算得到了水力减速箱侧壁孔流道和底部缓冲腔流道流量系数随落棒位移的变化,将该结果与驱动系统落棒减速理论模型联立,获得了控制棒落棒位移曲线,理论计算结果同冷态落棒性能实验结果符合得很好,从而验证了流场分析结果的正确性,在此基础上分析了落棒过程减速箱内外差压和落棒速度与水力减速箱流量系数的关系,为控制棒水压驱动系统落棒减速部件的设计和优化提供了指导。

控制棒水压驱动系统步降过程瞬变流特性分析

控制棒水压驱动系统(CRHDS)是一种新型的内置式控制棒驱动技术,主要应用于如NHR200低温供热堆等一体化堆。CRHDS在工作过程中会产生水击现象,导致驱动系统回路和设备振动,干扰仪表工作,需要通过试验和理论模型研究对瞬变流动过程进行分析。该文完成了CRHDS瞬变流动特性试验,分析了步降过程机理;在此基础上建立了驱动系统步降过程瞬变流模型,发现模型计算结果与试验结果符合度较好。进一步将模型应用于热态变驱动压力工况下,结果表明:步降过程中包含1次水击过程,压力衰减速度较快;随着驱动压力的增大,步降前时间逐渐增大,步降时间逐渐减小,步降平均速度和压力波动幅值逐渐增大。该文研究成果可为CRHDS减振设计和运行监测提供依据。

控制棒水压驱动机构水压缸步升压力变化过程

水压缸是核反应堆控制棒水压驱动机构的重要部分。建立了入缸流体能量方程和水压缸密封流动阻力方程,得到了理论模型。用该模型进行了水压缸步升压力变化过程理论分析。理论动态压力曲线很好地符合了实验曲线。结果表明:随着驱动压力的降低,水压缸步升前充压过程、步升增压过程和步升至顶端后压力变化过程所需时间逐渐增加,且步升增压过程终点压力逐渐减少。该研究结果为获得控制棒水压驱动系统的步进时间提供了理论基础。

控制棒水压驱动系统水压缸升压过程机理

就控制棒水压驱动系统(CRHDS)运行过程中所出现的工况,利用流体力学理论方式研究分析了水压缸步进过程。首先建立了水压缸升压理论模型,对水压缸升压过程进行了分析;其次,根据实验运行工况,计算得出了水压缸运行性能,并利用实验数据验证了计算结果。计算结果表明:在升压过程中,当内套停止运动后,缸内压力出现拐点;内套位移增加,速度逐步减小;由于缸内压力增加,缸内和缸外的压差增大,密封环泄漏流速增大。缸内压力模型能够提供各个所需的物理量,为水压缸和驱动机构运动机理分析提供了理论基础。

水压驱动控制棒减速性能研究

控制棒水压驱动线是一种新型的内置式控制棒驱动技术,控制棒水力减速装置是水压驱动线的关键部件之一,通过水力减速片和减速筒体的配合对控制棒进行减速,降低快速落棒末端的冲击速度,避免控制棒的变形和损坏。完成了水压驱动线快速落棒减速实验,对减速过程机理进行了分析,在此基础上建立了水压驱动线快速落棒减速理论模型,理论模型的求解结果与实验结果符合很好,从而验证了理论模型的正确性。通过该模型对热态工况下水压驱动线的快速落棒性能进行了分析,为控制棒水压驱动线减速环节的设计和优化奠定了基础。

反应堆内置式控制棒水压驱动回路技术研究

根据内置式控制棒水压驱动技术的特点,提出离心泵连续运行和隔膜泵间歇运行2种驱动回路设计方案,并从振动噪声和耗功的角度对2种方案进行计算、分析和比较。针对隔膜泵间歇运行方案,以某反应堆冷态调试工况为例,计算分析驱动机构水压缸泄漏流量和控制棒动作间隔时间对充水间隔时间和泵运行时间的影响。结果表明,离心泵连续运行方案适用于控制棒数目较多、泄漏流量较大的工况;当泄漏流量较小时,采用隔膜泵间歇运行方案,通过选择合适的隔膜泵流量和储水箱气水比,可减少泵运行时间、增加储水箱充水间隔时间,并减小振动、噪声以及降低功耗。

水压驱动控制棒快速落棒冲击研究

控制棒水压驱动系统是由清华大学核能与新能源技术研究院发明的一项新型驱动技术。在快速落棒过程中,控制棒通过水力缓冲器进行缓冲。进行了控制棒水力缓冲性能实验,得到快速落棒过程中控制棒的关键缓冲性能参数;在实验结果基础上,运用达朗贝尔原理,将控制棒在冲击过程中所受的最大惯性力作为等效静载荷作用到控制棒上,利用有限元软件ABAQUS计算控制棒在最恶劣情况下的变形和应力分布,将计算结果与实验结果比较,验证了用简化模型代替非线性瞬态动力学分析的可行性。同时得到了控制棒在快速落棒冲击过程中不发生破坏的判据,为控制棒和水力缓冲器的设计和优化奠定了基础。

控制棒电磁阀阀头温度场特性数值研究

水压驱动控制棒是一种全新的核反应堆控制技术,直动电磁阀是其关键部件.电磁阀的性能直接影响控制棒水压驱动系统的稳定运行.运用ANSYS电磁场分析软件研究直动电磁阀阀头在不同输入电流的工况下温度场的特性.结果表明,当电流增大时,阀头温度升高;阀头中心温度高于边缘温度,中心最高温度低于阀头破坏温度;内壁温度高于外壁温度,其中内壁中心温度为最高壁温;计算结果与实验数据的对比说明,该数值计算分析有较高的准确性.

水压缸活塞环密封运动阻力研究

针对控制棒水压驱动机构单缸步进动态过程,根据水压缸活塞环密封机构的特点,分析水压缸单缸步进过程中运动阻力的来源,建立运动过程的动态理论模型。利用控制棒水压驱动机构单缸性能实验的结果,推导出水压缸单缸步进过程中运动阻力的变化过程。通过对运动阻力参数和步进过程中缸内压力以及步升速度动态参数的分析,得到了水压缸单缸步进过程中运动阻力的计算模型。由该模型计算所得步进动态位移曲线与控制棒水压驱动机构单缸步进实验位移曲线吻合得很好。本研究结果为控制棒水压驱动机构单缸步进过程的动态模拟以及控制棒水压驱动机构在步进过程中各部件的应力分析奠定了理论基础。

水压缸密封性能实验研究

控制棒水压驱动技术是清华大学核能与新能源技术研究院拥有自主知识产权的一项新型发明专利技术。作为该系统的核心部件,水压缸密封特性会直接影响整套系统的运行性能。通过搭建密封测试实验装置,获得了常温下水压缸的启动压力和不同内外压差下的泄漏量等反映密封性能的数据。实验结果表明,采用3个密封环的水压缸的密封性能完全达到控制棒水压驱动技术的要求;水压缸的泄漏量在恒定的内外压差下总体保持稳定,并随水压缸的内外压差基本呈线性关系。实验结果为水压缸运动模型的建立提供了实验依据,为控制棒水压驱动技术的进一步设计和优化提供了基础。

直动电磁阀线圈温升实验研究

控制棒水压驱动技术是由清华大学核能与新能源技术研究院发明的具有自主知识产权的一项新型专利技术。组合阀是该项技术的关键部件,而组合阀是由3个直动电磁阀组成,因此,电磁阀的性能直接影响组合阀的性能,从而影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本文就控制棒水压驱动系统运行过程中所出现的工况,对其直动电磁阀线圈进行了温升实验研究,并运用ANSYS软件进行了理论分析。分析结果表明:在电流增大情况下,线圈温度均会增大;线圈内壁温度高于外壁温度;线圈中间温度高于边缘温度。通过线圈温升研究可进一步优化直动电磁阀的设计。