水压缸活塞环密封运动阻力研究

针对控制棒水压驱动机构单缸步进动态过程，根据水压缸活塞环密封机构的特点，分析水压缸单缸步进过程中运动阻力的来源，建立运动过程的动态理论模型。利用控制棒水压驱动机构单缸性能实验的结果，推导出水压缸单缸步进过程中运动阻力的变化过程。通过对运动阻力参数和步进过程中缸内压力以及步升速度动态参数的分析，得到了水压缸单缸步进过程中运动阻力的计算模型。由该模型计算所得步进动态位移曲线与控制棒水压驱动机构单缸步进实验位移曲线吻合得很好。本研究结果为控制棒水压驱动机构单缸步进过程的动态模拟以及控制棒水压驱动机构在步进过程中各部件的应力分析奠定了理论基础。     

水压缸密封性能实验研究

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拥有自主知识产权的一项新型发明专利技术。作为该系统的核心部件,水压缸密封特性会直接影响整套系统的运行性能。通过搭建密封测试实验装置,获得了常温下水压缸的启动压力和不同内外压差下的泄漏量等反映密封性能的数据。实验结果表明,采用3个密封环的水压缸的密封性能完全达到控制棒水压驱动技术的要求;水压缸的泄漏量在恒定的内外压差下总体保持稳定,并随水压缸的内外压差基本呈线性关系。实验结果为水压缸运动模型的建立提供了实验依据,为控制棒水压驱动技术的进一步设计和优化提供了基础。     

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。     

控制棒水压驱动机构水压缸步降过程研究

水压缸是控制棒水压驱动机构的关键部件,根据水压缸步降运动过程特点,将水压缸步降过程缸内压力变化划分为步降前卸压过程和步降降压过程两个阶段,分别建立了两个阶段压力变化理论模型.其中,步降降压过程理论模型结合水压缸步降运动学模型,又得到了水压缸步降过程动力学模型.理论模型计算结果与控制棒水压驱动机构单缸步进性能实验结果进行了对比,结果表明,在实验配重载荷工况下,理论压力变化和位移曲线很好地符合了实验曲线,从而为水压缸步降压力变化过程影响因素的确定及控制棒水压驱动系统步进时间的获得提供了理论基础.     

控制棒水压驱动机构水压缸步降过程运动阻力研究

水压缸是控制棒水压驱动机构的主要部件,水压缸的动作包括步升过程和步降过程,水压缸步降运动阻力是水压缸结构设计和步降运动分析的关键参数.对水压缸步降过程进行了理论分析,建立了步降过程动态理论模型.在此基础上,结合控制棒水压驱动机构单缸性能实验结果,得到了水压缸步降速度和步降加速度,进而推导出两种水压缸运动阻力模型.对两种阻力模型及其计算结果进行了对比,结果表明,在实验工况下,模型计算所得步降动态位移曲线与实验曲线符合较好.同时,基于步降加速度的阻力模型中运动阻力是缸内套步降速度以及缸内压力的函数,函数中系数项与配重关系明显,更加适合于工程计算和推广.     

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。     

反应堆内置式控制棒水压驱动回路技术研究

根据内置式控制棒水压驱动技术的特点,提出离心泵连续运行和隔膜泵间歇运行2种驱动回路设计方案,并从振动噪声和耗功的角度对2种方案进行计算、分析和比较。针对隔膜泵间歇运行方案,以某反应堆冷态调试工况为例,计算分析驱动机构水压缸泄漏流量和控制棒动作间隔时间对充水间隔时间和泵运行时间的影响。结果表明,离心泵连续运行方案适用于控制棒数目较多、泄漏流量较大的工况;当泄漏流量较小时,采用隔膜泵间歇运行方案,通过选择合适的隔膜泵流量和储水箱气水比,可减少泵运行时间、增加储水箱充水间隔时间,并减小振动、噪声以及降低功耗。     

水力缓冲器缓冲特性研究

控制棒水压驱动机构是一种新型的内置式控制棒驱动机构,水力缓冲器是控制棒水压驱动机构的关键部件之一,在快速落棒过程中对控制棒进行水力缓冲,避免控制棒十字翼发生变形和损坏。依据水力缓冲器的工作过程原理建立了缓冲过程理论模型,并通过实验验证了理论模型的正确性。根据水力缓冲器缓冲过程理论模型,计算得到缓冲过程中缓冲缸内压力、柱塞位移、速度、缓冲力等关键性能参数的动态变化过程,同时对缓冲特性影响参数进行研究,为水力缓冲器的设计和优化提供了理论依据。     

Parameter characteristic analysis of step-down of hydraulic cylinder motion for control rod hydraulic drive system based on Model II

Control rod hydraulic drive mechanism (CRHDM) is a newly invented patent of Tsinghua University. The hydraulic cylinder is the key part of this mechanism, so the performance of the hydraulic cylinder directly affects the CRHDM. The hydraulic cylinder motion contains the step-up process and the step-down process. The step-up process has been analyzed before. So, the theory mode of the hydraulic cylinder step-down process has been obtained and verified by the experiment first. Second, the parameters of the cylinder hydraulic are analyzed. The results are shown that the length and the diameter of the pipe, the external load, the coefficient of the spring, and the width of the passage way of the seal ring affect the performance of the cylinder, including the motion time of the cylinder, the transient pressure of the cylinder arrival, and the transient impact energy of the cylinder arrival. Especially, the length of the pipe and the diameter of the pipe affect the hydraulic cylinder step-down motion much. At last, the cylinder and the drive mechanism can be optimized based on the result.     

水力缓冲器三维流场数值分析

以水力缓冲器为研究对象,在实验研究的基础上,运用计算流体力学软件FLUENT对水力缓冲器高、低压缓冲腔进行三维流场数值分析。结果表明,高压缓冲腔节流孔的流动阻力是水力缓冲器的主要阻力环节,节流孔的流动阻力随柱塞位移增大而增加。根据节流孔流量系数变化曲线计算得到的水力缓冲器缓冲位移曲线与实验结果符合很好,验证了三维流场数值分析模型的正确性。同时得到了表征缓冲器特性的缓冲力 缓冲位移曲线,为水力缓冲器的结构设计和优化改进提供了依据。     

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。     

水压驱动控制棒快速落棒冲击研究

控制棒水压驱动系统是由清华大学核能与新能源技术研究院发明的一项新型驱动技术。在快速落棒过程中,控制棒通过水力缓冲器进行缓冲。进行了控制棒水力缓冲性能实验,得到快速落棒过程中控制棒的关键缓冲性能参数;在实验结果基础上,运用达朗贝尔原理,将控制棒在冲击过程中所受的最大惯性力作为等效静载荷作用到控制棒上,利用有限元软件ABAQUS计算控制棒在最恶劣情况下的变形和应力分布,将计算结果与实验结果比较,验证了用简化模型代替非线性瞬态动力学分析的可行性。同时得到了控制棒在快速落棒冲击过程中不发生破坏的判据,为控制棒和水力缓冲器的设计和优化奠定了基础。     

振荡区下蒸汽冷凝过程的热工水力模型建立及验证

蒸汽射流冷凝过程具有强烈的凝结换热能力,广泛应用于先进非能动反应堆安全系统中,但该过程会产生强烈的压力振荡现象。为研究蒸汽浸没射流冷凝振荡现象的本质,从基本守恒方程式出发,建立了气泡边界层质量交换模型、气泡控制方程模型、气泡内蒸汽压力计算模型、水池中任意位置处压力计算模型等关键模型,构建了模拟水池中蒸汽气泡冷凝振荡过程的热工水力模型。运用建立的气泡半径和水池内压力的计算模型获取气泡半径和压力随时间变化的规律,并与Chun实验和Fukuda实验的实验数据进行比对,验证了模型的有效性,为后续开展冷凝振荡机理研究打下理论基础。