伺服活塞式控制棒水力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作特性研究.pdf

1、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是確保核反應(yīng)堆安全可控的重要?jiǎng)幼鞑考?。目前壓水堆電站中普遍采用磁力提升式控制棒?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它為步進(jìn)式移動(dòng)，動(dòng)作不可微調(diào)。本文依據(jù)伺服調(diào)控的基本原理，設(shè)計(jì)出一種可連續(xù)移動(dòng)的新型伺服活塞式控制棒水力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并對(duì)其工作特性進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文首先確定伺服活塞式水力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，建立1:1三維模型，應(yīng)用數(shù)值計(jì)算軟件ANSYS分別對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部流場(chǎng)和可變節(jié)流口流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬

2、。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)了各個(gè)網(wǎng)格模型和湍流模型的適用性，最終獲得驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的壓力特性、阻力特性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特性。計(jì)算結(jié)果表明驅(qū)動(dòng)缸內(nèi)壓力損失主要集中在可變節(jié)流口處，隨著伺服盤(pán)直徑增大，可變節(jié)流口阻力系數(shù)相應(yīng)減小；驅(qū)動(dòng)缸出入口壓力與缸內(nèi)壓力分別存在一定的差異。數(shù)值計(jì)算結(jié)果不但說(shuō)明了數(shù)值模擬方法用于伺服活塞式水力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)研究的可信性，還獲得了比實(shí)驗(yàn)更詳細(xì)的結(jié)果，補(bǔ)充后文對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)性能分析所必須的數(shù)據(jù)。
　　對(duì)單向水力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，設(shè)計(jì)

3、出雙向水力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并建立其動(dòng)力學(xué)方程。通過(guò)數(shù)值模擬研究雙向機(jī)構(gòu)靜態(tài)流量與上下缸壓力隨可變節(jié)流口間隙值變化關(guān)系，分析固定節(jié)流孔阻力系數(shù)對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)的影響，并進(jìn)一步研究驅(qū)動(dòng)缸臨界流量與臨界提升速度隨結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作條件的變化情況。計(jì)算結(jié)果表明隨可變節(jié)流口間隙增加，雙向水力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)工作流量小幅增大，缸內(nèi)壓差大幅減??；可變節(jié)流口工作零位間隙應(yīng)大于3.0mm。減小上缸固定節(jié)流口直徑可減小機(jī)構(gòu)工作流量，增大機(jī)構(gòu)提升力；增加下缸固定節(jié)流口直徑可大

4、幅提升驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)臨界提升速度。
　　為更深層次揭示伺服活塞式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作機(jī)理，通過(guò)分析驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基本工作原理和幾何結(jié)構(gòu)，分別建立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，對(duì)控制棒的保持、提升、下插等性能進(jìn)行理論計(jì)算和分析。首先研究驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)參數(shù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)情況，并進(jìn)一步分析運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)等對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)性能的影響。仿真結(jié)果表明在極短時(shí)間內(nèi)，伺服盤(pán)就可與控制棒達(dá)到同步運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)參數(shù)保持平衡狀態(tài)，并得到相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。驅(qū)動(dòng)缸內(nèi)徑

5、和導(dǎo)流孔直徑對(duì)機(jī)構(gòu)性能影響效果明顯；溫度升高會(huì)導(dǎo)致工作流量增大。
　　在伺服活塞式水力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)性能實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中，總結(jié)了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作壓力和流量隨時(shí)間發(fā)展規(guī)律以及工作狀態(tài)參數(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在提升初期驅(qū)動(dòng)缸內(nèi)壓差增大，流量減小，然后分別趨于某一穩(wěn)定值?？刂瓢糍|(zhì)量和移動(dòng)速度對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)性能影響顯著；在啟動(dòng)和制動(dòng)階段伺服盤(pán)受力達(dá)到最大值，電動(dòng)執(zhí)行器功率在23～35W之間即可滿足設(shè)計(jì)要求。提升過(guò)程中水力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)阻力系數(shù)逐