水力控制棒驱动系统失压工况的实验研究

利用200MW低温核供热堆水力控制棒驱动系统的1∶1实验台架模拟系统失压工况,进行控制棒步升、步降、开阀落棒及关泵开阀落棒实验,并与正常工况下的提棒、落棒的实验结果进行比较。实验结果表明:在系统失压工况下,控制棒能正常提棒、落棒;模拟系统失压工况下的弹棒,系统压力与压力壳压力具有瞬时跟随特性,未出现控制棒弹棒事故。对实验的失压速率和事故分析得到的失压速率进行了比较,验证了系统具有良好的安全性和可靠性。

水力控制棒驱动系统的步进过程基本理论模型

从理论角度深入阐述、解释水力控制棒驱动系统这一新技术的工作机理,为进一步的分析、研究工作及推广应用该系统建立理论基础。文章介绍了水力控制棒驱动系统的工作原理;在合理简化、假设的基础上建立了水力控制棒驱动系统步进过程的理论模型,并给出了其相应的数学描述;针对几种实际工况进行了计算,并与实验结果进行比较。结果表明,理论计算结果与实验结果相吻合,验证了该模型的合理性和可行性。

反应堆控制棒驱动系统电气性能动态参数模型研究

因缺乏反应系统动态变化过程的电气性能精准参数模型,现有核电厂控制棒驱动系统在不同环境条件下的控制效果不佳。本文建立了系统静态电磁仿真模型,通过状态分类的方式获取了系统全工况下的电气性能参数(电阻、电感)和电磁力离散数据,基于数据建立了控制棒驱动系统动态过程中电流、电磁力、衔铁位移和加速度的动态参数模型及算法。该算法最终通过电磁模型、电路模型与数值仿真相结合的形式进行了验证,可以模拟实际系统的运行状态,具备了仅依靠控制指令和当前时刻电流即可预测下一时刻系统电气性能参数的能力。本文构建的动态参数模型可为制订高效率的智能控制策略奠定基础。

控制棒水力驱动系统的落棒理论模型

介绍了控制棒水力驱动系统的实验回路和落棒原理 ,在合理简化、假设的基础上建立了该系统的落棒理论模型 ,并进行了准确的数学描述 ;通过对模型计算结果与实验结果进行比较分析 ,论证了该模型的合理可行性 。

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。

核电站控制棒驱动机构电源系统

介绍了核电站控制棒驱动机构电源系统的功能和作用,分析了国产控制棒驱动机构电源系统的特点,机组启动和两机并列过程中采用的特殊逻辑处理,实现了空载情况下的快速并列和无功功率的均衡分配。

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。

水力驱动控制棒极限落棒冷态原理实验

针对控制棒水力驱动系统在摩擦力卡棒和倒置等极限工况下的停堆问题,根据控制棒水力驱动系统的工作原理,提出了步进缸内腔卸压的解决方法,并在200MW低温核供热堆控制棒水力驱动系统的1∶1实验台架上进行了冷态实验。结果表明:控制棒的落棒速度明显提高,棒外与棒内差压在卸压一定时间后能够达到较高的数值。说明水力驱动控制棒在冷态摩擦力卡棒和倒置等极限条件下,能够克服一定量的摩擦阻力或能够克服重力插入堆芯。

水力驱动控制棒冷态极限落棒能力分析

为了验证控制棒水力驱动系统在卡棒和倒置等极限工况下的停堆可靠性,在200MW低温核供热堆控制棒水力驱动系统的1:1实验台架上进行了冷态极限落棒实验。通过对实验结果的分析,得到了在发生卡棒事故时控制棒的落棒能力,揭示了落棒机理,建立了正置时控制棒插入堆芯的模型,并用实验数据验证了该模型的正确性。建立了倒置时控制棒插入堆芯的模型,获得了倒置时控制棒的插棒能力。

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.

高温气冷堆控制棒圆环链剪切装置设计与分析

在高温气冷堆的长期运行过程中,控制棒驱动机构可能会出现故障。针对控制棒驱动系统故障处理的功能需求,设计了圆环链剪切装置。剪切装置安装在气氛隔离系统内部,在控制棒驱动机构拆卸过程中剪断圆环链,实现控制棒驱动机构与控制棒的快速拆卸分离。为了保证圆环链的顺利剪切,运用Deform-3D建立了相应模型,对剪切刃参数与剪切力大小的关系进行了研究,最终实现剪切刃参数的优化。仿真及实验结果表明该装置可安全实现圆环链的剪切过程,满足工程实际要求。

高温气冷堆控制棒圆环链提升装置设计与分析

针对控制棒驱动系统故障处理需求,设计了圆环链提升装置辅助快速处理圆环链,实现控制棒驱动机构与控制棒的快速拆卸分离。为了避免圆环链及控制棒横向振动振幅过大,保证控制棒的安全以及圆环链的顺利提升,运用ADAMS建立了相应的虚拟样机模型,对圆环链和控制棒的振幅大小和振动规律进行了研究。物理实验和仿真结果表明,该装置可实现较小振动幅值下的圆环链提升过程,满足工程实际要求。

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。

水力驱动控制棒热态极限落棒能力分析

控制棒驱动机构是核反应堆的关键设备,其是否正常运行直接关系到核反应堆的安全性。该文对水力驱动控制棒系统在摩擦力卡棒和倒置等极限工况下的停堆问题,提出了步进缸内腔卸压的解决方法,并在热态实验研究的基础上,建立了正置落棒和倒置插棒的理论模型。分析了极限落棒过程参数(位移、速度和棒内外差压)的变化规律,得到了摩擦力卡棒和倒置等极限工况下控制棒插入堆芯的能力。结果表明:在极限工况下水力驱动控制棒有足够能力插入堆芯。

高灵敏度内置电容式控制棒棒位传感器静态特性研究

内置电容式控制棒棒位传感器可应用于控制棒水力驱动系统。针对四螺旋电极电容式控制棒棒位传感器,本文对双电容值方法测量控制棒棒位的静态特性进行了研究。通过开展传感器的原理性实验,建立了传感器的计算模型,并进行了数值模拟结果的实验验证。假定被测杆整体偏心,利用数值模拟方法建立了两组电容值与控制棒棒位的函数关系式,并对该函数关系式进行了误差分析,分析了该关系式对被测杆不同偏转方向和倾斜状态的适用性。研究结果表明,利用双电容值的棒位测量方法,对控制棒棒位的最大测量误差小于±6 mm,传感器灵敏度在0.05 pF/mm量级,能够满足控制棒棒位的实际测量需求。