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《哈尔滨工程大学》 2009年
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新型控制棒水力驱动系统研究

贺克羽  
【摘要】: 控制棒驱动机构执行着启停堆、功率调节和事故状态下快速停堆等任务,是确保反应堆安全可控的重要动作部件。压水堆普遍采用磁力提升式控制棒驱动机构,其提升和下插动作不连续,也不可微调,而是以一定的设计步距阶跃运动。本文从伺服管调控的基本原理出发,提出一种新型的控制棒水力驱动系统,并对其应用特性进行理论分析和实验研究。该系统具有节省能源、可连续运动以及对系统内的小扰动可以自我调节等优点,为控制棒驱动机构的设计研究提供了一种新思路。 论文首先确定了驱动缸的设计方案,建立了实验装置和驱动系统的实验台架,并根据驱动缸的设计参数,在Pro/E中建立其内部流场的1:1三维实体模型,应用计算流体力学软件Fluent对驱动缸内的压力场、速度场、静态保持流量以及不同结构参数下可变节流口部位的流场、阻力系数进行数值模拟和分析,为系统的实验研究和理论分析奠定基础。 为了进一步揭示水力驱动系统的工作机理,论文根据其设计原理和基本结构,建立分析系统静态、动态和落棒过程的数学模型,并编写计算程序,对控制棒的保持、提升、下插和落棒特性进行理论计算和分析。同时,对冷态条件下控制棒的静态保持流量、提升和下插性能以及落棒能力和落棒时间进行实验研究,验证驱动装置设计的合理性以及理论模型和计算结果的正确性。 最后,在建立的理论模型基础上,以控制棒水力驱动系统为独立研究对象,对系统的振动响应和抗震性能进行初步理论分析,并模拟舰船以不同方式变速上浮或下潜一定距离,对系统在超重和失重工况下控制棒的运动特性进行计算和分析,根据海军舰船核动力装置规范和海军轮机规范的规定,对舰船长期倾斜、单自由度横摇和双自由度摇摆三种工况下系统的静态保持能力进行理论分析和计算,为系统在舰船动力堆或可移动式海水淡化装置上的应用提供理论依据。 论文仅从理论上对系统在某些特殊工况下的静态保持能力进行了初步分析,研究过程中作了一些简化和假设,因此,还需要结合实验结果对理论模型进行完善和改进。对于系统在这些特殊工况下进行控制棒提升或下插的操作性能以及更为复杂工况下的工作特性,还有待进一步的深入分析和实验研究。此外,对热态及高压环境下水力驱动系统的工作特性还需要做相应的实验研究。
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