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。

基于改进EEMD-KELM的CRDM转子状态识别方法

控制棒驱动机构(CRDM)转子部件工作在高温高压的冷却剂中,一旦发生故障,其维修或更换的成本高、耗时长、牵连工程大。针对CRDM转子在运行过程中噪声影响过大的问题,提出一种集合经验模态分解(EEMD)结合小波阈值(WTM)的去噪方法,对CRDM转子振动信号进行去噪处理后提取时域特征、频域特征、IMF的能量和样本熵特征等信号作为标签,输入核极限学习机(KELM)分类模型中进行分类识别,并引入了鲸鱼优化算法(WOA)对KELM的重要参数进行自寻优,提高了模型的识别准确率。通过对比实验,证明了论文所提方法在CRDM转子的状态识别上具有比同类方法更高的准确率。

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 ;

控制棒驱动线落棒行为动力学仿真技术研究

反应堆控制棒驱动线是反应堆控制与核安全保护的执行机构。应用虚拟样机技术,进行了控制棒驱动线落棒行为动力学仿真研究。通过合理处理驱动线落棒过程中的流固耦合、刚柔耦合以及摩擦碰撞问题,获得了动力学仿真在驱动线上应用的方法和技术。仿真结果与实验数据对比表明,研究得到的方法合理可行。

秦山核电二期工程控制棒驱动机构国产化研制

介绍了秦山核电二期工程控制棒驱动机构的主要结构特点及国产化研制过程中开展的主要工作和试验研究。秦山核电二期工程1#机组控制棒驱动机构的安装、调试和运行表明,国产化控制棒驱动机构设计合理,运行可靠,其性能完全满足秦山核电二期工程的设计要求。

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。

核电控制棒驱动机构密封焊缝激光堆焊修复工艺研究

采用高功率激光对材料为304LN的AP1000核电站控制棒驱动机构(CRDM)Canopy焊缝模拟体进行堆焊维修,焊丝采用镍基Inconel 690合金,并研究堆焊工艺、堆焊层成形特点及显微组织。结果表明:通过焊丝伸入熔池,以熔体热传导的方式进行熔化,可以更好地保持熔池的稳定性,并获得表面成形优异的焊道;焊道搭接率为42%时,堆焊层非常平整,余高顶部和搭接部之间高度差仅在100~135μm之间;熔池边界处未混合区铁素体富集,与奥氏体的Inconel 690堆焊层形成晶格差异,会导致平直的Ⅱ-型边界出现;堆焊21道次才能对整个密封环进行双层覆盖,两道交替堆焊可保证密封环不出现下塌现象。

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。

反应堆控制棒驱动机构电机冷却水流动分析

为了研究控制棒驱动机构电机的冷却水流动行为,采用通用的计算流体力学软件FLUENT对冷却水流场进行了数值模拟计算,利用实验获得的不同流速下的进出口压降数据验证了计算模型的准确性,根据压力场和速度场的分析结果提出了改进措施。研究方法对冷却水流道的优化具有积极指导意义。

“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。

控制棒水力驱动系统的设计和研究

分析了２００ＭＷ核供热堆控制棒水力驱动系统（ＨＤＳＣＲ）的设计特点；系统中主要设备（槽孔式水力步进缸和组合阀）的设计特点及特性；旁路自调节结构的设计及其高温下的补偿作用以及系统温度特性的实验结果。经对实验结果的分析表明：ＨＤＳＣＲ和各设备的设计合理、运行可靠；各设备的设计不仅降低了设备的加工难度及安装难度，而且改善了系统的温度特性；

200MW核供热堆控制棒水力驱动系统安全特性

２００ＭＷ核供热堆采用控制棒水力驱动系统作为控制棒驱动机构。该系统是以非能动系统为基础设计的，并实现了传动、导向一体化。通过时系统自身固有安全特性及设计安全特性、失压事故下控制棒不发生弹棒的机理以及系统引水管破断冷印剂总丧失量不会导致堆芯裸露的计算结果的分析，表明该系统具有良好的安全特性，在任何失效事故下都能保证反应堆的安全停堆，为具有固有安全特点的２００ＭＷ核供热堆提供了重要的技术支持。

基于电动发电机组的核电站棒电源系统设计

介绍了改进型压水堆核电厂控制棒驱动机构电源系统的功能和作用。在对棒电源系统特点进行分析的基础上,确定了基于电动发电机组的棒电源系统的总体结构形式。提出了特殊负载条件下发电机Zigzag绕组设计方法,对机组并列采用了特殊控制方式,实现了不带实际负载(空载)条件下的双机组快速并列。

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。

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。

水力驱动控制棒极限落棒热态原理实验

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 2 0 0MW低温核供热堆控制棒水力驱动系统的 1∶1实验台架上进行了这种方法的热态实验。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热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。

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。

反应堆CRDM钩爪堆焊工艺仿真研究

基于有限元软件建立了钩爪堆焊毛坯和终形模型,采用双椭球型热源模拟氧乙炔火焰,依照先堆焊两个内孔再堆焊齿面的顺序进行了瞬态热应力场仿真;根据探索得到的堆焊最优工艺进行零件试制,对钩爪堆焊半成品及成品件进行微观组织、渗透探伤和显微硬度检验。结果表明,由此堆焊优化方案制造的钩爪堆焊件质量优良。