压水堆破口事故下裂变产物源项释放及衰变热分析

反应堆严重事故时堆芯发生熔化现象,导致部分放射性源项不再留存于燃料中,将会通过各种途径释入环境,对周围造成严重的放射性污染。为了研究不同模型下裂变产物在压力容器内外释放量及其衰变热分布,分析喷淋系统对控制源项释放及热量的影响。基于典型的百万千瓦级压水堆核电站模型,利用一体化安全分析程序MAAP建模,分析计算CORSOR-M、CORSOR-O和ORNL-BOOTH三种源项释放模型反应堆一回路热管段破口叠加高、低压安注失效的事故序列和后果。结果表明:裂变产物源项主要在压力容器内释放,释放量远多于压力容器外的释放量。CORSOR-O模型下压力容器最晚融穿,安全壳失效最早;ORNL-BOOTH中压力容器虽最先融穿,但安全壳失效远晚于其他两种模型。源项释放差异导致不同模型衰变热现象不同,主要热源皆为挥发性裂变产物。开启喷淋不仅可以使悬浮碘化物充分控制在安全壳内,还能有效带走源项产生的衰变热,降低安全壳压力,保证安全壳完整性。

大模数齿轮齿条副均匀磨损弯曲强度分析及验证

针对齿面磨损条件下大模数齿轮齿条啮合时的齿轮齿根弯曲强度问题,以三峡升船机齿轮齿条传动副为研究对象,搭建立式齿轮齿条起升机构工况模拟实验台,通过齿轮变位方法分析沿齿廓载荷、磨损后齿轮齿厚等相关参数的变化,对正常、1/12磨损、1/6磨损和1/4磨损的齿轮齿根弯曲应力进行解析计算和实验验证。结果表明:齿轮弯曲应力随着磨损加剧和载荷的增大而增大,单齿啮合区间的弯曲应力比双齿啮合区显著增大,单齿啮合占比时间随着磨损量的增加而增加,表明齿轮磨损劣化了传动系统工况,加速了传动系统的性能退化过程。通过对单、双齿段啮合弯曲应力进行定量分析,解析计算与实验验证的误差最大值为4.02%,处于较低水平,2种方法的结果相互验证,保证了分析的正确性和精度。

高温水环境下摄像头机芯的半导体冷却结构和实验研究

在核电厂换料水池高温区域的视频检查中,摄像头机芯放热和外界热传导可能导致机芯因工作环境温度过高而停机.为解决此问题,就半导体制冷片在高温(55±3)℃水环境下对摄像头的制冷效果进行了实验研究,通过试验得到了制冷片工作电压对制冷效果的影响.在此基础上对比分析了不同散热器的降温效果.研究结果表明,半导体制冷片的应用可以有效控制(55±3)℃水环境下摄像头工作环境温度,从而解决了核电厂换料水池高温区域视频检查摄像头的停机问题,为核电厂高温水下视频检查提供可靠的技术支持.

齿圈试验设计及轻量化研究

在核电厂检查管道焊缝过程中,因管道焊缝检查装置质量较大,在狭窄空间内搬运和装配工作难以进行.为解决此问题,以管道焊缝检查装置上齿圈及与其啮合的主动齿轮为研究对象,利用Inventor三维建模软件进行建模,通过有限元分析软件ANSYS Workbench对其进行接触分析.在软件分析结果与理论计算结果对比后,验证了有限元分析软件分析数据的可靠性,发现了原有模型有较大设计余量.在保证机械性能的条件下,通过实验设计法对齿圈进行优化设计,减小了齿圈的厚度,有效地减轻了齿圈的质量.

管道爬行机器人运动分析与变径结构设计

目前对长距离管道进行巡检、维修的一个有效手段是使用管道爬行机器人携带摄像头及各类工具在管道内部进行运动。为实现这一目标,机器人需要具有的三个重要功能:(1)管道内壁直径尺寸的适应性,(2)竖直管道的爬行能力,(3)管道弯头的通过能力。本文以一种多足履带式爬行机器人为例,对机器人在管道内的运动进行了分析,并根据分析结果给出了一种变径机构的设计方案,为管道爬行机器人的整体设计提供了依据。

核电站水下视频检查摄像头结构改进设计

核电站一回路关键设备工作环境恶劣,极易产生裂纹、腐蚀等缺陷,必须定期对这些设备进行检查。水下摄像头是一种有效的检测手段,已广泛应用于核电站。然而在应用过程中会出现密封失效、卡齿、定位不准、传动不平稳,结构可靠性差与设备可维修性差等问题,严重影响水下视频检查的效率与可靠性,同时存在安全隐患。针对核电站水下摄像头在应用过程中出现的工程问题,提出结构改进设计方案,摄像头的可靠性与定位精度显著提高。

水下视频检查系统设计

提出一种用于水下的、可实现摄像头俯仰、旋转运动的云台装置,详细阐述了该装置的硬件和软件设计。该设计选用直流减速电动机作为执行机构,通过两组齿轮传动实现摄像头的俯仰、旋转,增加水下照明和密封装置,控制系统由c8051f系列单片机处理完成,驱动电路与传感电路分开运行处理。实践结果表明,该云台装置体积小、拍摄范围广、控制简便可靠,能较好地完成核电厂水下视频检查任务。

钠冷快堆绕丝环形燃料组件流动特性分析

钠冷快堆通过金属绕丝定位,绕丝在加强冷却剂交混、促进对流换热、减小机械振动等方面具有重要的作用。本文通过计算流体力学(CFD)建立钠冷快堆环形燃料组件的相关数学物理模型,就绕丝所引起冷却剂在子通道的流动特性展开研究。研究表明:冷却剂在子通道内的流动呈现周期性,周期为一个螺距(100 mm);中心子通道内冷却剂的流动受相邻棒束的三个绕丝的影响,绕丝的交混作用更强,流动更加稳定;子通道横向流最大为1.74 m/s,横向流最大的位置随着绕丝螺旋结构缠绕位置的不同而变化;子通道间隙内的归一化横向流具有周期性。本文为钠冷快堆环形燃料组件的进一步优化设计提供数据支撑,具有一定的研究意义。

百万千瓦级压水堆大破口事故下氢气源项及缓解措施研究

压水堆大破口事故下会发生锆水反应以及熔融物与混凝土反应,产生氢气的同时伴随大量热量释放,这会对安全壳完整性产生巨大威胁。本文对锆合金氧化机理模型进行优化,添加了锆合金与空气氧化机理模型并优化了锆水反应计算模型,使用优化后的一体化程序,研究百万千瓦级压水堆核电站在发生大破口叠加高、低压安注失效事故下氢气源项及缓解措施。分析表明,氧化计算模型优化后堆芯产氢量减少了26.3 kg。堆腔注水可以持续带走压力容器内的热量,保证压力容器完整并防止熔融物与混凝土反应;氢气复合器与点火器联合使用,可以更有效、更快速降低安全壳内氢气浓度,防止氢气在安全壳内聚集,从而保证安全壳的完整性。

严重事故下封头失效机理分析

严重事故下堆芯熔融物坍塌到下封头,可能造成压力容器失效。本文针对造成压力容器失效的五个机制,运用一体化严重事故分析程序,分析全场断电分别叠加破口失水、主蒸汽输送管线破裂和蒸汽发生器传热管破裂事故对下封头完整性的影响。研究结果表明,三类事故均造成压力容器失效,全场断电叠加中破口失水事故由于破口位于热管段,距离稳压器和压力容器较近,事故响应更快,比全场断电分别叠加蒸汽发生器传热管破裂和主蒸汽输送管线破裂提前失效约20000 s;全场断电叠加中破口失水事故中作用于贯穿件上的压力载荷超出贯穿件及其焊缝所能承受的最大载荷之和使得贯穿件弹出造成下封头失效;全场断电分别叠加蒸汽发生器传热管破裂和主蒸汽输送管线破裂均是因高温熔融物对下封头节点的损伤份额大于1使得下封头蠕变破裂造成压力容器失效。

深度置信网络在齿轮故障诊断中的应用

针对齿轮传动系统中齿轮等零部件易出现故障或失效等问题,提出了一种基于深度学习理论的齿轮传动系统故障诊断方法。首先利用深度置信网络强大的特征自提取能力,对齿轮传动系统的振动信号进行特征提取,然后通过DBNs的复杂映射表征能力对故障信号进行故障判别。诊断实例表明,若不对齿轮振动的原始时域信号进行特征提取,直接利用DBNs对其进行诊断时,故障识别正确率只能达到60%左右;如果对时域信号进行简单的傅里叶变换后,再利用DBNs对处理后的振动信号频谱进行诊断分析,正确率能达到99.7%,从而证明了所提故障诊断方法的简易性和有效性。

航空发动机转子轴承运行可靠性评估方法

为了提高少失效或零失效数据条件下的航空发动机轴承运行可靠性评估精度和可信性,提出了一种基于比例协变量模型(PCM)和Logistic回归模型(LRM)混合的可靠性评估方法。首先对轴承运行过程中的监测数据进行信号分析,提取状态特征指标,结合失效阈值确定设备状态,利用LRM先求解轴承的初始可靠性,进一步求解出轴承的初始故障率和基本协变量函数;然后与PCM相结合,通过响应协变量和基本协变量函数对系统故障率函数进行不断更新,动态揭示状态监测数据与可靠性的映射关系;最后利用更新后的故障率函数对航空发动机轴承进行运行可靠性评估。试验结果表明:该方法不需要人为确定基本协变量函数,避免了主观选择差异带入的估计偏差,所确定的寿命误差在5%以内,为少失效或无失效条件下的运行可靠性评估提供了一种新的手段。

垂直升船机液压系统故障传播路径的模糊推理

为有效抑制垂直升船机液压系统故障传播,基于液压系统诸结构间的相互关联性及链式连锁特点,建立故障传播模糊Petri网(FPN)模型。基于FPN基本原理,抽象表达液压系统故障传播过程;分析垂直升船机液压系统失效模式,理清故障状态间前后集的逻辑关系,建立液压系统故障传播FPN;利用故障演变规则,模糊推理液压系统故障传播路径。结合三峡升船机进行实例分析。结果表明,其液压系统故障最可能的传播路径为:控制阀损坏-系统无法保压-启闭油缸失效-船厢门液压启闭机故障-系统退出工作。

管道机器人运动学分析与变径机构仿真

基于对核电站压力容器和主管道接管内部检查的需要,研发了一种多履带可变径式管道检查机器人。分析机器人四种不同的运动情况,得出机器人履带轮角速度和机器人在管道内旋转速度及行走线速度的函数,建立了机器人在管道内的运动学模型。针对机器人可变径机构,建立力学模型,得出变径机构中弹簧的理论数据,并运用Inventor运动仿真分析验证了其合理性。

采用品质因子优化和子带重构的共振稀疏分解滚动轴承故障诊断方法

针对强背景噪声下的滚动轴承早期故障诊断问题,提出了一种融合遗传算法品质因子参数优化、子带重构共振稀疏分解(RSSD)和小波变换的故障诊断方法。该方法以滚动轴承早期故障振动信号RSSD低共振分量峭度指标作为目标函数,利用遗传算法对品质因子参数组合进行优化选择。依据能量分布占优原则对低共振分量进行主子带重构、减少噪声干扰且增强故障信号冲击特征。借助小波分析局部优化和多分辨的特性,对重构低共振分量进行多尺度小波分解,提取轴承故障特征且深度挖掘轴承故障特征信息。通过滚动轴承的2种不同类型故障诊断实例表明,与一般RSSD方法相比,该方法具有更强的削弱背景噪声影响、凸显微弱故障特征的能力。

百万千瓦级核电站全厂断电叠加破口事故分析

在发生全厂断电的情况下,冷管段出现破口将会进一步加快事故进程。利用一体化严重事故分析程序 MAAP4 对百万千瓦级核电站全厂断电叠加冷管段破口进行计算分析,得到该事故时间序列和关键热工水力参数随时间的变化趋势。对于重要参数(一回路压力,堆芯液位,时间序列等)的分析:随着中小破口当量直径由 4 cm 增至 5 cm,堆芯裸露时间分和失效时间提前分别约 1 000 s和 3000 s;中破口当量直径由 5 cm 增至 7 cm,堆芯裸露时间和失效时间提前分别约 1 400 s 和6 457 s;而大破口事故当量直径由 20 cm 增至 21 cm,堆芯裸露时间和失效时间分别仅提前约 20 s和 230 s。相关数据及其分析可为严重事故的缓解措施提供相关理论依据。

百万千瓦级压水堆严重事故下裂变产物释放分析

严重事故工况下,可能会导致安全壳失效,使大量裂变产物释入环境。本文以百万千瓦级核电厂为对象,利用一体化程序研究不同破口事故叠加全厂断电事故下裂变产物CsI在一回路和安全壳内的质量以及裂变产物向环境释放的源项,并分析安全壳喷淋措施对控制裂变产物向外释放的影响。分析结果表明,小破口事故、中破口事故和大破口事故下释放到环境的裂变产物质量差别较小,主要为向环境释放时间上的差异。开启安全壳喷淋时能够有效控制裂变产物向环境的释放,其中小破口事故下产生的气溶胶质量高于其他两种事故,且气溶胶主要以扩散电泳的方式沉积在安全壳内。开启堆腔注水措施能够保证压力容器的完整性,降低了进入安全壳的裂变产物的质量,能够有效控制非挥发性裂变产物向环境的释放。本文计算结果可以为事故条件下应急措施的制定和厂外源项后果评价提供参考。

基于MAAP4的压水堆严重事故进程分析

严重事故是指发生堆芯严重损伤的事故,过程极其复杂且具有不确定性。利用系统分析程序MAAP4对压水堆核电站全厂断电严重事故现象进行定性分析,通过得到重要现象的时间节点来了解压力容器内的事故进程与安全壳内事故进程,同时概述事故缓解措施,方便理解严重事故整体过程。

百万千瓦级压水堆严重事故下裂变产物释放分析

严重事故工况下,可能会导致安全壳失效,使大量裂变产物释入环境。本文以百万千瓦级核电厂为对象,利用一体化程序研究不同破口事故叠加全厂断电事故下裂变产物CsI在一回路和安全壳内的质量以及裂变产物向环境释放的源项,并分析安全壳喷淋措施对控制裂变产物向外释放的影响。分析结果表明,小破口事故、中破口事故和大破口事故下释放到环境的裂变产物质量差别较小,主要为向环境释放时间上的差异。开启安全壳喷淋时能够有效控制裂变产物向环境的释放,其中小破口事故下产生的气溶胶质量高于其他两种事故,且气溶胶主要以扩散电泳的方式沉积在安全壳内。开启堆腔注水措施能够保证压力容器的完整性,降低了进入安全壳的裂变产物的质量,能够有效控制非挥发性裂变产物向环境的释放。本文计算结果可以为事故条件下应急措施的制定和厂外源项后果评价提供参考。

快堆带绕丝环形燃料棒热工水力特性分析

环形燃料棒具有内外两个冷却表面,与传统棒状燃料棒相比,可充分带走燃料芯块产生的热量,有效降低燃料棒表面温度,提升反应堆安全性。通过数值模拟的方法为钠冷快堆建立稳态工况下的环形燃料棒相关数学物理模型,在保持采用绕丝定位方式的基础上,改变绕丝缠绕的位置及数量,对比分析不加绕丝、外绕、内绕、内外绕四种模型对钠冷快堆环形燃料棒温度场、流场、压力场的影响。研究表明:绕丝对流场具有充分搅混的作用,可增加冷却剂的流速,对燃料棒热量导出具有促进作用;采用内外绕时环形燃料棒整体性能最佳,环形燃料棒最高温度为768.2 K;绕丝的引入及绕丝数量的增加,均会引起压降的增加;内外绕时内外流场压降最大,但均在其安全裕度范围内。