CARR控制棒驱动机构试验样机电磁力研究

为获得中国先进研究堆(CARR)控制棒驱动机构电磁力及电磁场分布,对控制棒驱动机构进行了受力分析,设计制造CARR控制棒驱动机构试验样机。在试验样机上进行了电磁力试验,使用有限元分析软件Ansoft Maxwell对试验样机电磁场及电磁力分布进行仿真分析,计算得到了试验样机磁感应强度分布曲线和电磁力分布数据,以及永磁体磁场对电磁场的影响和结构参数对电磁力的影响。仿真结果与试验值符合较好,研究结果为CARR控制棒驱动机构电磁力研究和同类型控制棒驱动机构设计提供了参考。     

控制棒驱动机构步进运动特性研究

控制棒驱动机构步进运动由钩爪组件的提升衔铁在竖直方向上升和下降的交替运动实现。通过对控制棒驱动机构步进运动进行分解,采用有限元方法建立电路-磁路-机械运动耦合的动态计算模型,对控制棒驱动机构步进运动过程中电磁力、电流、位移和时间关系进行研究,得到步进运动的提升时间、下降时间、衔铁吸合时电流和电磁力等运动特性参数。     

控制棒驱动机构步跃动作运动分析

控制棒驱动机构是核电厂中的重要安全设备。其步跃动作的运行参数包括提升负荷、步距、步速等都是其核心设计指标。本文考虑重力、电磁力、水阻力和弹簧力载荷,建立了步跃运动方程。分别使用有限元方法和解析方法对步跃动作进行了动态模拟分析,获得了包括提升力、速度等时程变化曲线在内的结果,同时讨论了这些结果对设备设计的积极意义。     

控制棒驱动机构的步跃冲击响应分析

基于柔性多体系统动力学理论建立了控制棒驱动机构(CRDM)三维实体有限元离散的刚-柔耦合动力学模型,用于计算CRDM在步跃冲击载荷下的响应。模型的方程采用模态缩减方法降低变形坐标维数,可以比非线性有限元方法更为高效地计算CRDM的运动曲线、冲击载荷和应力响应。此外,模型采用三维实体有限单元离散比杆单元离散方法具有更高的计算精度,不仅能准确地计算出大范围运动结果,而且可用于分析CRDM各部件的应力分布,找出局部应力偏大的部位。     

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。     

伺服活塞式控制棒水力驱动机构的三维流场数值计算

伺服活塞式控制棒水力驱动机构是一种可连续移动且适用于一体化反应堆的新型内置式驱动机构。应用计算流体力学程序FLUENT对驱动机构内部三维流场进行数值计算和分析。结果显示,驱动机构内部流场唯一压力突变区域在可变节流口处,通过改变可变节流口间隙便可改变控制棒运动状态。当可变节流口间隙在0.5 mm范围内变化时,活塞两侧压差就会改变,进而驱动机构运动状态也会改变。当工作压力为0.1 MPa时,驱动机构提升能力便可满足设计载荷要求,且流量较小。     

反应堆控制棒驱动线步进载荷试验研究

控制棒驱动线是一个比较复杂的系统,仅通过动力学建模计算分析无法准确获得其步进载荷值,因此开展反应堆驱动线控制棒步进载荷试验研究,对进一步改进和完善控制棒驱动机构的设计,验证其动力学模型的准确性,提供其安全性和可靠性等方面具有重大的实用价值。本文研究对象为"华龙一号"反应堆控制棒驱动线,模拟其在反应堆压力容器中的实际安装方式和对中,对其进行了步进载荷的实际测量,得到了控制棒驱动线在提升和下插过程中的步进载荷值,为后续的相关计算验证工作提供了准确的数据支撑。     

控制棒驱动机构步进载荷动态分析

通过动力学分析和Adams动态仿真,对中国改进型百万千瓦级压水堆(CPR1000)压水堆控制棒驱动机构(CRDM)步进载荷进行计算。结果表明,通过Adams动态仿真可以得到CRDM提升过程和下插过程中钩爪、销轴、可拆接头等部件的步进载荷值,所得值与工程经验相符;提升和下插过程中最大步进载荷出现在可拆接头处;同时销轴的步进载荷值较大,应注意销轴的材料选择与设计;水力缓冲对下插步进运动有重要的缓冲作用,能够减小下插过程的步进载荷。     

一种基于动网格的反应堆控制棒落棒行为分流域耦合仿真方法

本文提出了一种基于动网格的反应堆控制棒落棒行为分流域耦合仿真方法,该方法分别建立了控制棒单棒和驱动杆的二维轴对称模型,保证控制棒和驱动杆对应流域的网格能够根据落棒运动规律自适应地变化。两个流域在每个时间步长内交换流体阻力计算结果,并根据运动方程求解得到的速度来更新控制棒和驱动杆的运动状态,实现分流域耦合。该方法通用性好,计算中考虑了驱动线流道形状的影响,且在计算时间和求解精度之间取得了良好的折中,此外,该方法在计算条件允许的情况下,还能较容易地扩展到三维模型。本文采用该方法对典型反应堆驱动线落棒行为进行了仿真,仿真结果表明,该方法计算结果可信。     

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。     

一种基于重叠网格的反应堆控制棒落棒行为分流域耦合仿真方法

本文提出了一种基于重叠网格的反应堆控制棒落棒行为分流域耦合仿真方法,该方法分别建立了控制棒单棒和驱动杆的二维轴对称重叠网格模型,保证控制棒和驱动杆的部件网格和背景网格能够根据落棒运动规律自适应地变化。两个流域在每个时间步长内交换流体阻力计算结果,并根据运动方程求解得到的速度来更新控制棒和驱动杆的运动状态,实现分流域耦合。本方法建模简单,通用性好,计算中考虑了驱动线流道形状的影响,且在计算时间和求解精度之间取得了良好的折中,此外,本方法在计算条件允许的情况下,还能较容易地扩展到三维模型。本文采用该方法对某反应堆控制棒驱动线的落棒行为进行了仿真,结果表明:计算结果可信。     

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。     

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。     

磁力提升型控制棒驱动机构提升磁极螺纹疲劳研究

对磁力提升型控制棒驱动机构的运动进行电磁-运动仿真.通过电磁分析、力学分析以及疲劳分析的方法,对控制棒驱动机构提升磁极螺纹进行了疲劳分析.结果表明,目前二代核电机型中驱动机构提升磁极在使用寿命内,螺纹结构满足使用要求,但对于第三代核电机型中驱动机构提升磁极在使用寿命末,第一牙螺纹的应力接近许用应力,疲劳寿命及疲劳安全系数偏低,需要进一步优化.     

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。     

磁悬浮式控制棒驱动机构静水转向性能研究

在中国先进研究堆(CARR)调试阶段,发现其控制棒驱动机构在转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转向性能参数,在静水条件下进行了控制棒驱动机构转向性能测试试验。试验表明: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的固有特性;棒位、棒速和驱动线圈通电电流大小等因素对静水条件下转向性能影响不大,且四组驱动机构静水条件下转向性能具有一致性。     

基于动网格技术的单根控制棒落棒行为仿真分析

以某小型反应堆控制棒驱动线为研究对象,建立了单根控制棒三维流体仿真模型。基于动网格技术对控制棒落棒行为进行了仿真分析,获得了控制棒落棒过程中导向管内流场的压力云图、速度云图以及控制棒位移、速度-时间曲线和导向管内压强-时间曲线。与相应试验数据的对比验证表明,仿真结果与试验结果符合很好。该方法可用来计算控制棒落棒时间及最大冲击力等重要参数,为控制棒驱动线结构优化设计提供参考。     

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。     

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。