西安脉冲堆稳态控制棒驱动机构

西安脉冲堆稳态控制棒驱动机构是实现反应堆启动、功率调节和停堆的关键设备。该机构采用滚珠丝杠副的传动方式，通过电磁铁的吸合，可以带动稳态控制棒上下运行，当释放电磁铁时，可以实现快速落棒。本文介绍了稳态控制棒驱动机构的结构特点、设计参数和试验情况。该机构已成功应用于西安脉冲堆。     

CARR控制棒驱动机构堆外调试试验

中国先进研究堆（CARR）控制棒由磁力驱动。为进行CARR控制棒堆外调试试验,建造了模拟CARR热工水力条件的试验回路。试验中发现驱动机构存在一些问题,提出改进建议,得到CARR工程部和设计者认可。对驱动机构进行了一些改进,试验测量了线圈温度、落棒时间、极限流量和极限载荷等重要参数,试验证明经改进的控制棒驱动机构达到了设计要求。     

ACP100集成式堆顶结构可压缩气体对流传热数值模拟

反应堆集成式堆顶结构的功能之一是通过冷却气体的对流传热为控制棒驱动机构提供冷却。针对ACP100反应堆集成式堆顶结构建立完整的模型并划分流场网格,基于ANSYS/CFX软件分别对可压缩气体和不可压缩气体进行计算,并严格对比分析了其结果,重点研究气体可压缩性对对流传热计算结果的影响。计算结果表明,气体可压缩性对速度、温度分布和压降有较大影响,忽略气体可压缩性所预测的控制棒驱动机构表面最高温度偏低,控制棒驱动机构间隙气体最大流速和压降也偏低。     

吸收球停堆系统驱动装置螺栓抗震初步分析

吸收球停堆系统在高温气冷堆中起到相当重要的反应性控制和调节作用。而驱动装置是吸收球停堆系统中控制吸收球下落的关键运动部件。高约5m、呈细长结构的吸收球停堆系统驱动装置通过贮球罐底座与金属堆内构件的上支承板安装面相连。吸收球停堆系统贮球罐和驱动机构均为抗震Ⅰ级设备,故驱动装置连接螺栓的抗震校核计算是非常重要的。在本文中,通过将复杂的驱动装置简化为3段变截面结构,分析结构的超静定问题,对驱动装置内贮球罐底部与顶部的螺栓进行了校核计算。计算结果表明:贮球罐底部与顶部螺栓均在抗拉强度的安全范围内,同时给出了驱动机构薄弱处的支承力。     

先进堆长寿命控制棒驱动机构热态寿命考验

为验证长寿命控制棒驱动机构能否满足设计要求,进行了驱动机构热态寿命考验.本文介绍了先进堆长寿命控制棒驱动机构热态寿命考验的过程和考验结果.考验期间,驱动机构累计步进数达851万步,机构性能良好、运行正常,落棒时间满足设计要求.考验结果表明,该控制棒驱动机构的设计和制造满足设计指标的要求.     

高温气冷堆控制棒涡流限速器研究综述

高温气冷堆控制棒传动机构整体设置于一回路氦气环境,安装空间狭小,事故落棒时,缺乏有效的行程阻尼,因此,在球床模块式高温堆控制棒传动机构的设计中常采用结构紧凑的涡流限速器来吸收事故落棒的动能,减轻事故落棒对控制棒驱动线的冲击.本文简要介绍近年来涡流限速器在高温气冷堆中的实际应用情况,重点探讨了涡流限速器设计中的数值计算方法和实验方法.     

1500MW驻波堆控制系统仿真研究

本文以中国原子能科学研究院预先设计研究的热功率为1 500MW的驻波堆为模型,以Matlab的Simulink子软件包为仿真平台,通过理论分析、推导,建立了驻波堆各主要部件的模型。包括:堆芯物理模型、堆芯热工模型、冷池模型、热池模型、栅板联箱模型、中间热交换器模型、管道模型、泵模型以及蒸汽发生器模型;同时建立了以步进电机作为驱动电机的控制棒驱动机构和功率调节系统模型,并基于这些模型构建了1 500MW驻波堆的仿真模型。通过调研国外现有快堆的控制运行方案,并结合驻波堆自身特点,文中提出了1 500MW驻波堆适合采用"堆跟机"的运行方案,分别给系统添加反应性扰动、一回路流量扰动、二回路流量扰动以及负荷扰动,对提出的"堆跟机"运行方案进行仿真分析,仿真结果表明1 500MW驻波堆采用"堆跟机"方案时各参数满足理论要求,反应堆运行情况良好,此方案可作为1 500MW驻波堆的运行方案。     

中国先进研究堆安全棒驱动机构改进设计

分析了中国先进研究堆（CARR）在C阶段调试过程中发生的安全棒意外落棒事件,查找原因为：安全棒驱动机构回路中电磁阀因长时间工作引发烧损失效,为解决该安全隐患,对CARR安全棒驱动机构进行改进设计,提出“水力提升-水力磁力保持式”安全棒驱动机构设计方案,使用Ansoft公司的有限元分析软件Maxwell对水力提升-水力磁力保持式安全棒驱动机构磁路进行有限元分析,计算得到驱动机构的电磁场分布及电磁力的数值,计算结果表明,磁力保持装置产生电磁力可达到安全棒驱动线重量的2.12倍,具有一定的裕度。     

基于华龙一号反应堆堆顶结构通风系统的数值模拟方法及试验验证

一体化堆顶结构对核反应堆中控制棒驱动机构(CRDM)的线圈组件通风冷却有重要作用。本文对华龙一号反应堆的一体化堆顶通风结构建立三维模型,运用ANSYS CFX模拟研究了在不同通风量下通风结构—CRDM线圈组件之间的气流速度和压降分布情况。为了验证数值模拟方法的正确性,建立1:1通风结构试验装置,在7×10~4、8×10~4、9×10~4和10×10~4m~3/h风量下进行冷态试验研究,试验结果与模拟结果吻合良好,验证了该模拟方法的正确性。考虑流体的对流传热,在控制棒驱动机构有热源的情况下模拟一体化堆顶结构的通风冷却性能。结果表明,一体化堆顶结构能很好地满足反应堆堆顶通风冷却的要求。     

控制棒驱动机构的电磁设计计算

步进磁力提升式控制棒驱动机构的电磁设计计算包括磁场力计算和3种电磁铁磁动势与其线圈长度的设计计算。本文以提升磁铁与提升线圈为代表,介绍了电磁设计计算的基本原理和方法。     

泳池式轻水反应堆内电磁线圈可控温辐照装置设计

本文设计了在泳池式轻水反应堆（简称泳池堆）内在线测量电磁线圈电性能的可控温辐照装置。采用MCNP程序进行中子物理计算,对泳池堆、线圈骨架的结构尺寸与物质组分进行了精细全尺寸模拟,得出辐照装置的发热功率和中子注量率。通过初步估算,使用ANSYS CFX进行了数值模拟,得出辐照装置内线圈在堆运行时的温度,并提出温度控制的方法。辐照装置采用铝材加工制造,并进行了垂直度测试、气压测试、检漏测试。增加了绝缘设计,将辐照装置与泳池堆之间进行绝缘。在线圈处预埋铠装热电偶,对线圈温度进行实时监测。在泳池堆内对电磁线圈进行辐照试验,结果表明,本文设计的辐照装置能满足电磁线圈在泳池堆孔道内进行辐照试验的要求,并可对电磁线圈进行实时温度控制。     

控制棒新型电磁驱动机构动态特性实验研究

介绍了一种全新的控制棒驱动机构方案—可动线圈电磁铁控制棒驱动机构 ,它将应用于中国先进研究堆上。该研究给出了动态位移实验曲线以及位移修正曲线。实验证明该机构运行稳定 ,没有任何抖动 ,各状态之间转换平稳 ,定位精度高 ,动态负载能力强 ,采用间接测量棒位时需要进行位移修正 ,位移修正值与电流和载荷有关     

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。     

Electromagnetic–thermal–structural coupling analysis of the ITER edge localized mode coil with fiexible supports

In a fusion reactor, the edge localized mode (ELM) coil has a mitigating effect on the ELMs of the plasma. The coil is placed close to the plasma between the vacuum vessel and the blanket to reduce its design power and improve its mitigating ability. The coil works in a high-temperature, high-nuclear-heat and high-magnetic-field environment. Due to the existence of outer superconducting coils, the coil is subjected to an alternating electromagnetic force induced by its own alternating current and the outer magnetic field. The design goal for the ELM coil is to maintain its structural integrity in the multi-physical field. Taking as an example the middle ELM coil (with flexible supports) of ITER (the International Thermonuclear Fusion Reactor),an electromagnetic–thermal–structural coupling analysis is carried out using ANSYS. The results show that the flexible supports help the three-layer casing meet the static and fatigue design requirements. The structural design of the middle ELM coil is reasonable and feasible. The work described in this paper provides the theoretical basis and method for ELM coil design.     

Electromagnetic–thermal–structural coupling analysis of the ITER edge localized mode coil with flexible supports

In a fusion reactor, the edge localized mode(ELM) coil has a mitigating effect on the ELMs of the plasma. The coil is placed close to the plasma between the vacuum vessel and the blanket to reduce its design power and improve its mitigating ability. The coil works in a high-temperature,high-nuclear-heat and high-magnetic-field environment. Due to the existence of outer superconducting coils, the coil is subjected to an alternating electromagnetic force induced by its own alternating current and the outer magnetic field. The design goal for the ELM coil is to maintain its structural integrity in the multi-physical field. Taking as an example the middle ELM coil(with flexible supports) of ITER(the International Thermonuclear Fusion Reactor), an electromagnetic–thermal–structural coupling analysis is carried out using ANSYS. The results show that the flexible supports help the three-layer casing meet the static and fatigue design requirements. The structural design of the middle ELM coil is reasonable and feasible. The work described in this paper provides the theoretical basis and method for ELM coil design.     

Design and Development of Rogowski Coil Sensors for Eddy Currents Measurement on Toroidal Vessel

In tokamak, eddy currents are produced due to change in plasma positions during plasma instabilities that result into generation of electromagnetic forces on interaction with the induced currents. Measurement of this current is essential to design a mechanical structure that can withstand this force. Principle objective of this paper is the development of Rogowski coil sensor to measure eddy currents on a toroidal vessel. The paper presents an elaborative and practical construction technique of a Rogowski coil. The calibration method for the Rogowski coil is also presented. Rogowski coils as an eddy currents diagnostics are tested and experiments to measure induced currents on the toroidal vessel are performed using the coils. Experimental values of eddy currents are compared with the ANSYS simulation results.     

Calculation and Optimization of ITER Upper VS Feeder Under an Electromagnetic Load

The upper vertical stability (VS) feeder is a part connected to the upper VS coil by a welding joint.The function of the feeder is to transfer current and coolant water to the VS coil.A giant electroma...     

基于ANSYS的冷坩埚感应线圈设计及电磁分析

冷坩埚玻璃固化技术是目前最新一代的高放废液玻璃固化工艺。感应线圈是冷坩埚熔炉的关键部件之一,其设计合理与否直接关系到冷坩埚能否顺利运行。目前世界各国的冷坩埚装置对感应线圈的截面形状、匝数、匝间距等参数采取过不同的设计,对这些设计参数进行计算分析对指导我国冷坩埚研制具有重要意义。本工作基于ANSYS软件对感应线圈的电磁场进行有限元分析,结果表明,加载高频交变电流的感应线圈的电磁场具有以下分布规律：高频电流表现出集肤效应和邻近效应,电流集中于线圈表面,电流密度峰值出现在线圈的最上端和最下端;磁通密度轴向分量（B_y）在径向上由线圈内边缘附近向线圈包围的中心区衰减,纵向上与电流密度的分布类似,B_y在线圈上下两端处出现峰值,在线圈高度覆盖的范围之外,磁通密度迅速衰减。本工作进一步结合法国阿海珐公司、美国爱达荷实验室和印度巴巴哈原子能中心的冷坩埚的感应线圈设计方式,建立了不同截面形状、匝数和匝间距的感应线圈模型,经过计算发现矩形截面线圈的磁场分布均匀性要优于圆形截面线圈;在感应线圈总高度相同的前提下,匝数的变化对线圈的磁场分布几乎没有影响;匝间距的增加会降低径向和纵向的磁通密度及其均匀性。综上,建议感应线圈采用密绕型矩形截面设计,匝间距设计为2.5~5 mm。     

Structural analysis and optimization for ITER upper ELM coil

ITER ELM coils are used to mitigate or suppress Edge Localized Modes (ELM), which are located between the vacuum vessel (VV) and shielding blanket modules and subject to high radiation levels, high temperature and high magnetic field. These coils shall have high heat transfer performance to avoid high thermal stress, sufficient strength and excellent fatigue to transport and bear the alternating electromagnetic force due to the combination of the high magnetic field and the AC current in the coil. Therefore these coils should be designed and analyzed to confirm the temperature distribution, strength and fatigue performance in the case of conservative assumption. To verify the design structural feasibility of the upper ELM coil under EM and thermal loads, thermal, static and fatigue structural analysis have been performed in detail using ANSYS. In addition, design optimization has been done to enhance the structural performance of the upper ELM coil.