控制棒驱动机构线圈电流曲线数据分析算法研究与实现

控制棒驱动机构(CRDM)用于实现对反应堆功率的调节与控制,其运行可靠程度直接影响着核电厂的安全性和经济性。目前核电厂和设备制造厂均缺少对CRDM进行可视化、智能化的故障诊断系统或数据分析方法。针对以上情况开发了一种控制棒驱动机构线圈电流曲线分析算法,用于对CRDM的线圈电流进行数据分析和故障诊断,从而可以实现对CRDM的智能分析和系统健康状态评估,以便于在核电厂调试及大修期间对CRDM进行全面的检修和维护。     

可移动线圈电磁驱动控制棒快速落棒实验研究

可移动线圈电磁驱动机构是一种新型的反应堆控制棒驱动机构.对该型控制棒驱动机构本文进行了快速落棒实验,得到了各种工况的落棒时间和特性.还分析了造成落棒特性差异的原因,总结出了快速落棒的规律.结果表明:控制棒可移动线圈电磁驱动机构样机断交流时的落棒时间比断直流的时间长;控制棒落棒时间随着配重的增加而缩短;断电后电磁线圈中的剩余电流对落棒时间有较大的影响,断交流比断直流时的落棒时间增加300～700ms     

控制棒驱动机构电流响应特性分析

控制棒驱动机构的提升与下插动作需要钩爪部件与3个电磁线圈配合完成,对线圈电流的动态响应过程要求较为严格。采用Simulink软件搭建控制棒驱动机构棒控系统与线圈部件的等效回路,计算分析控制棒驱动机构线圈电阻、电感、端电压等因素对线圈电流响应时间的影响;采用电磁分析软件MAGNET对移动线圈中电流的变化过程进行仿真分析。最终得到控制棒驱动机构线圈电流响应时间与线圈端电压、线圈等效电感、电阻以及棒控回路形式的关系。     

中国先进研究堆控制棒驱动机构动态反向性能研究

在中国先进研究堆(CARR)调试试验期间,发现控制棒驱动机构在反向过程中存在驱动线圈与控制棒运动不同步的现象。为掌握控制棒驱动机构的反向性能参数,在主冷却剂系统运行条件下进行了控制棒驱动机构动态反向性能测试试验。试验数据和分析结果表明:驱动线圈与控制棒运动不同步是磁悬浮式控制棒驱动机构固有特性;棒位、棒速和驱动线圈通电电流大小等因素对动态条件下反向性能影响不大,且4组驱动机构动态条件下反向性能具有一致性;动态反向性能优于静态,是由控制棒驱动机构电磁力分布决定的。     

高温气冷堆控制棒驱动机构冷态落棒试验研究

高温气冷堆控制棒驱动机构是执行反应堆功率调节、紧急停堆的重要核安全设备,具有固有安全特性,当断电后,控制棒能够靠重力快速下落实现停堆。为验证控制棒驱动机构的可靠性,必须对其进行设计分析和试验验证。本文建立了全尺寸的冷态试验台架,并采用1:1的控制棒驱动机构样机,对高温气冷堆控制棒驱动机构的落棒功能进行了验证和分析。进行多次全行程及不同高度的落棒实验,验证落棒过程的稳定性,测定控制棒在冷态条件下的落棒时间、落棒速度,试验结果满足规定的限值。对落棒过程进行分析,建立落棒运动方程式,进而得到控制棒运行速度的解析解。理论及试验的结果符合较好,均表明本文研究的控制棒驱动机构落棒可靠具有固有安全特性,为商用高温气冷堆中的实践应用提供了理论依据。     

控制棒驱动机构备件数量优化方法

控制棒驱动机构是反应堆控制和保护系统的伺服机构,是执行反应堆功率调节、紧急停堆的重要核安全设备。控制棒驱动机构成本较高,如何合理确定其备件数量对于提高反应堆的可运行性具有重要意义。本文针对控制棒驱动机构,在系统连续运转时间不小于换料周期的约束条件下,提出了一种确定控制棒驱动机构备件数量的优化方法--分组备件数量优化方法,给出了总费用最少的各子系统的备件配置方案。通过随机模拟计算对分组备件数量优化方法与常规算法进行比较,结果表明：该方法常优于常规算法,在保证控制棒驱动机构可用性的前提下,优化备件数量配置可降低成本。该优化方法同样适用于其他设备的备件分析,对工程中设备备件的分析与研究具有指导意义。     

“华龙一号”控制棒驱动机构设计研究

控制棒驱动机构是反应堆控制和保护系统的伺服机构,它是反应堆本体中唯一的动设备,其安全性和可靠性直接影响到反应堆的安全与运行,特别是在事故工况下,控制棒驱动机构必须能够完成快速落棒,实现安全停堆。本文根据"华龙一号"核反应堆控制棒驱动机构的设计要求,结合以往工程与科研经验,对决定控制棒驱动机构安全性和可靠性的关键零件"钩爪和连杆"的制造工艺进行了设计研究,根据研究结果确定了最佳的工艺参数,并按照该工艺进行了样件试制,最后,利用控制棒驱动机构整机对样件进行了热态寿命考核。结果表明,采用本文确定的最佳工艺参数制造出的钩爪和连杆零件具备较高的硬度和良好的耐磨性,经历1500万步热态寿命试验后,仍有一定运行余量,可充分满足第三代压水型反应堆控制棒驱动机构在安全性和可靠性方面的设计要求。     

海洋条件下控制棒驱动线落棒行为动力学仿真研究

反应堆控制棒驱动线是执行反应堆安全控制功能的重要部件,包含了控制棒驱动机构、控制棒组件及其导向系统,是堆内唯一具有相对运动的结构设备。在海洋条件下,受风力和海水流动的影响,浮动式核电厂驱动线的工作环境更加复杂。落棒时间是驱动线设计考核的重要指标,影响落棒时间的主要因素包括:重力、浮力、流体阻力、机械摩擦力等。本文采用理论建模联合软件仿真的研究思路,得到应用于海洋条件下控制棒驱动线仿真研究的方法。通过仿真结果与试验数据的对比,验证了所得方法的合理性。     

控制棒驱动机构备件数量优化方法

控制棒驱动机构是反应堆控制和保护系统的伺服机构,是执行反应堆功率调节、紧急停堆的重要核安全设备。控制棒驱动机构成本较高,如何合理确定其备件数量对于提高反应堆的可运行性具有重要意义。本文针对控制棒驱动机构,在系统连续运转时间不小于换料周期的约束条件下,提出了一种确定控制棒驱动机构备件数量的优化方法——分组备件数量优化方法,给出了总费用最少的各子系统的备件配置方案。通过随机模拟计算对分组备件数量优化方法与常规算法进行比较,结果表明:该方法常优于常规算法,在保证控制棒驱动机构可用性的前提下,优化备件数量配置可降低成本。该优化方法同样适用于其他设备的备件分析,对工程中设备备件的分析与研究具有指导意义。     

AP1000控制棒棒位的数字化测量技术分析

结合AP1000的数字化棒位指示系统,通过分析AP1000控制棒的组成、控制棒驱动机构和棒位测量探测器布置,并从数字化测量角度指出了非接触式传感器测量、探测线圈的冗余设计和数字化数据传输等可靠性技术的应用,确保了AP1000反应堆棒位测量精度和棒位控制系统的安全可靠。     

In-vessel Type Control Rod Drive Mechanism Using Magnetic Force Latching for a Very Small Reactor

A highly reliable control rod drive mechanism driven by an electric motor installed inside the reactor vessel (INV- CRDM) for a very small reactor has been designed. The INV-CRDM contributes to the compactness and simplicity of the reactor system, and can eliminate the possibility of a rod ejection accident. In the design, a new type of latch mechanism using an electromagnetic force to directly connect both of the shafts, one of which was the motor driven shaft and the other the control rod driving shaft, was applied so as to make the INV-CRDM very compact. The cable supplying current remained stationary, even when both of the shafts was moving. The required functions of the latch mechanism are to maintain an adequate latching force for the control rod shaft to move within a stroke of 370 mm, and to release the shafts in a shorter time than 0.2 s after a scram signal is received. A functional test with a model that approximately simulated the design was conducted to test the latching force and de-latching at room temperature. The test showed that the latching force increased with the current of the magnet coil, as did the de-latch time. The post-test analysis with a finite element analysis code revealed that the clearance between the two shafts greatly affected the latching force. With the same analysis method, the design analysis of the latch mechanism at a high temperature condition of 300°C was conducted, and it was confirmed that the latch mechanism contained enough latching force.     

控制棒驱动机构轴向传热特性试验和理论分析

核反应堆控制棒驱动机构（CRDM）是反应堆关键的安全设备,担负着反应堆的启动、功率调节和安全停堆等重要功能。为保证CRDM在运行工况下的温度,本文对某一型号CRDM轴向传热特性进行试验和理论分析。通过试验,测量磁轭线圈位置处驱动杆内壁温并建立试验系统加热功率与冷却风速的关系,获得了保证磁轭线圈正常工作的最小风速以及最小散热量。通过理论分析,建立了CRDM行程壳体内部热虹吸现象的传热模型,模型计算结果与试验结果吻合良好。     

控制棒可移动线圈电磁驱动机构极限承载能力实验研究

在清华大学核能与新能源技术研究院的反应堆控制棒可移动线圈电磁驱动机构实验台架上进行了反应堆控制棒可移动线圈电磁驱动机构极限承载能力实验.实验表明,静态极限载荷值随电流增大而呈线性增长;电流为5A时,极限载荷值最大为2276N;热态时,线圈极限载荷有明显下降,下降幅度为12%.动态极限推力随电流增长呈线性增长趋势,并且与运行速度有关.     

基于自然对流的控制棒驱动机构温场研究

在新一代反应堆控制棒驱动机构耐温等级提升后,为分析取消控制棒驱动机构强制通风系统是否可行,建立了基于单台控制棒驱动机构流场的计算模型,合理确定了求解方法和边界条件,并通过与试验结果进行拟合,进行了控制棒驱动机构群全尺寸模型的温场和速度场计算,得到基于自然对流的控制棒驱动机构温场效应。研究结果表明,通过自然对流可以将控制棒驱动机构运行产生的热量完全带出堆坑,不存在堆坑窝热情况,并且随着控制棒驱动机构群总输出功率的增加,堆顶区域的自然循环强度也增加,可以达到冷却控制棒驱动机构的效果。因此,耐温等级提升后的控制棒驱动机构可以取消强制通风。     

Wave propagation visualization in an experimental model for a control rod drive mechanism assembly

Nondestructive inspection techniques such as ultrasonic testing, eddy current testing, and visual testing are being developed to detect primary water stress corrosion cracks in control rod drive mechanism (CRDM) assemblies of nuclear power plants. A unit CRDM assembly consists of a reactor upper head including cladding, a penetration nozzle, and J-groove dissimilar metal welds with buttering. In this study, we fabricated a full-scale CRDM assembly mock-up. An ultrasonic propagation imaging (UPI) method using a scanning laser ultrasonic generator is proposed to visualize and simulate ultrasonic wave propagation around the thick and complex CRDM assembly. First, the proposed laser UPI system was validated for a simple aluminium plate by comparing the ultrasonic wave propagation movie (UWPM) obtained using the system with numerical simulation results reported in the literature. Lamb wave mode identification and damage detectability, depending on the ultrasonic frequency, were also included in the UWPM analysis. A CRDM assembly mock-up was fabricated in full-size and its vertical cross section was scanned using the laser UPI system to investigate the propagation characteristics of the longitudinal and Rayleigh waves in the complex structure. The ultrasonic source location and frequency were easily simulated by changing the sensor location and the band pass filtering zone, respectively. The ultrasonic propagation patterns before and after cracks in the weld and nozzle of the CRDM assembly were also analyzed. Since this visualization method is not limited in the flat cross section, it will be useful in developing ultrasound-based structural health monitoring technologies, advanced nondestructive methods, and numerical models. In addition, the proposed laser UPI system could be a useful tool in optimizing the receiver and transmitter locations, the ultrasonic path, and the ultrasonic frequency.     

反应堆控制棒驱动机构模拟负载系统的研制

介绍了反应堆控制棒驱动机构(CRDM)模拟负载装置的设计原理和方法,研制出了一种新型的模拟负载系统,用来模拟反应堆棒控系统对控制棒的控制过程。对设计的模拟负载系统进行了功能性试验和性能参数测试,并与实际运行系统进行比较后,发现该系统达到了各项功能控制要求,且性能稳定可靠,模拟负载的电磁线圈散热性能与负载特性良好,各项性能指标达到了设计要求。     

基于结构噪声检测的控制棒驱动机构运行故障分析方法研究

针对丝杠滚子螺母型反应堆控制棒驱动机构（CRDM）,研究了CRDM结构噪声检测技术。通过对CRDM运行的结构噪声信号进行时程和频域分析,获取反映CRDM运行故障特性的敏感特征量及其故障判据。模拟试验分析表明:结构噪声的时程和频谱分析可反映CRDM故障特性,可有效地鉴别CRDM故障。      

反应堆堆顶和控制棒驱动机构整体抗震分析

通过建立反应堆堆顶和控制棒驱动机构(CRDM)的整体三维有限元简化抗震分析模型,对反应堆堆顶和CRDM进行了三维非线性抗震分析。该分析模型可真实反映CRDM顶部抗震支承板相互之间、抗震支承板与抗震支承环之间的碰撞作用,以及抗震拉杆的拉压非线性特性,进而获得堆顶和CRDM结构各位置的精确分析结果。通过分析,得到反应堆堆顶和CRDM各部位的载荷,可为部件的应力分析提供必要的地震载荷,为CRDM抗震鉴定试验提供加速度时程等输入数据。     

基于SWT和Hilbert的密封磁阻马达式CRDM振动信号去噪

针对控制棒驱动机构滚轮振动信号采集过程受到噪声干扰的问题,提出了小波半软阈值（SWT）和Hilbert变换法相结合的去噪方法。该方法首先利用小波半软阈值算法在时频域对滚轮振动信号进行降噪处理,然后进行Hilbert变换求出其包络谱,分析寿命试验与缺陷验证试验中不同的滚轮振动信号。试验结果表明,该方法可有效消除噪声对振动信号的干扰,证明了小波半软阈值与Hilbert变换相结合的方法在驱动机构滚轮状态识别和故障诊断中的有效性,为驱动机构的状态判别提供了理论支持。     

核反应堆控制棒驱动机构动作部件状态检测研究

针对反应堆堆内环境条件下控制棒驱动机构（CRDM）常用状态检测方法难以应用的情况,提出了一种新的通过在线测量线圈电感值进行CRDM动作部件状态检测的方法,通过试验获取了线圈电感值与动作部件状态之间关系,并进行了样机模拟故障状态检测试验。结果表明,该方法可准确实现CRDM动作部件状态检测,不需在反应堆上增设额外仪器设备,实施较为方便。