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.     

水压缸活塞环密封流动阻力研究

根据控制棒水压驱动机构水压缸活塞环密封结构的特点,分析了水压缸活塞环的泄漏途径,建立了活塞环密封泄漏流阻的理论计算模型,并结合水压缸活塞环密封处的压差计算模型,推导出水压缸密封结构的流阻计算公式。利用控制棒水压驱动机构单缸性能实验的结果,拟合求得了流阻公式中的系数,并将公式计算流阻与实验结果进行了对比。结果表明:在实验工况下,二者吻合得很好。研究结果为控制棒水压驱动机构水压缸活塞环密封结构的设计和分析提供了理论基础。     

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。     

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。     

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。     

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.     

水压驱动控制棒减速性能研究

控制棒水压驱动线是一种新型的内置式控制棒驱动技术,控制棒水力减速装置是水压驱动线的关键部件之一,通过水力减速片和减速筒体的配合对控制棒进行减速,降低快速落棒末端的冲击速度,避免控制棒的变形和损坏。完成了水压驱动线快速落棒减速实验,对减速过程机理进行了分析,在此基础上建立了水压驱动线快速落棒减速理论模型,理论模型的求解结果与实验结果符合很好,从而验证了理论模型的正确性。通过该模型对热态工况下水压驱动线的快速落棒性能进行了分析,为控制棒水压驱动线减速环节的设计和优化奠定了基础。     

控制棒驱动机构运动过程的联合数值仿真研究

控制棒驱动机构运动过程是电磁场-流场-运动场相互耦合的复杂动态过程,无法通过静态方法或单项技术进行准确的计算。使用Magnet软件、Fluent软件和Adams软件进行了电磁仿真分析、流场分析和多体动力学分析的耦合计算。综合考虑了重力、电磁力、水阻力和弹簧力在控制棒驱动机构步跃过程中的作用,定量计算了电磁力、水阻力、运动件位移与速度等运动特性,以及步跃载荷。通过与试验值对比,计算得到的移动磁极吸合时间、临界吸合电流和步跃载荷值与试验值较为吻合,证明了控制棒驱动机构运动过程的联合仿真分析是一种有效的动态分析方法。      

水力驱动控制棒步进动态过程的研究

通过实验获得了水力驱动控制棒步进的动态过程.揭示了水力驱动控制棒的作用机理,详细分析了其动态特性与控制棒、组合阀性能参数及组合阀操作之间关系.结果表明:控制棒的步进是组合阀输出的流量脉冲、压力波,和步进缸运动产生的大阻尼压力振荡的共同作用过程;步进缸的性能参数限定了其静止平衡状态的流量范围,和其步进过程吸收流量脉冲和压力波的能力,而组合阀的性能参数决定了步进缸静止平衡、延时平衡、流量脉冲和压力波的量值,两者的合理匹配确定了控制棒的步进状态.     

水力驱动控制棒静态特性理论分析

对水力驱动控制棒步进缸的静态保持特性进行了理论分析。揭示了水力步进缸的静态保持流量范围和其随温度的变化规律 ,分析了静态特性与步进缸设计参数之间关系。结果表明 :步进缸的设计参数 ,重量、对孔、迷宫、放气孔尺寸等 ,确定了其静态保持流量范围 ;水密度随温度的变化 ,决定了最大、最小静态保持流量的温度特性