伺服活塞式控制棒水力驅(qū)動機構(gòu)工作特性研究.pdf

1、控制棒驅(qū)動機構(gòu)是確保核反應(yīng)堆安全可控的重要動作部件。目前壓水堆電站中普遍采用磁力提升式控制棒驅(qū)動機構(gòu)，它為步進式移動，動作不可微調(diào)。本文依據(jù)伺服調(diào)控的基本原理，設(shè)計出一種可連續(xù)移動的新型伺服活塞式控制棒水力驅(qū)動機構(gòu)，并對其工作特性進行理論和實驗研究。
　　本文首先確定伺服活塞式水力驅(qū)動機構(gòu)及其輔助設(shè)備的設(shè)計方案，根據(jù)驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，建立1:1三維模型，應(yīng)用數(shù)值計算軟件ANSYS分別對驅(qū)動機構(gòu)內(nèi)部流場和可變節(jié)流口流場進行數(shù)值模擬

2、。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)評價了各個網(wǎng)格模型和湍流模型的適用性，最終獲得驅(qū)動機構(gòu)的壓力特性、阻力特性和結(jié)構(gòu)強度特性。計算結(jié)果表明驅(qū)動缸內(nèi)壓力損失主要集中在可變節(jié)流口處，隨著伺服盤直徑增大，可變節(jié)流口阻力系數(shù)相應(yīng)減??；驅(qū)動缸出入口壓力與缸內(nèi)壓力分別存在一定的差異。數(shù)值計算結(jié)果不但說明了數(shù)值模擬方法用于伺服活塞式水力驅(qū)動機構(gòu)研究的可信性，還獲得了比實驗更詳細的結(jié)果，補充后文對驅(qū)動機構(gòu)性能分析所必須的數(shù)據(jù)。
　　對單向水力驅(qū)動機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)改進，設(shè)計

3、出雙向水力驅(qū)動機構(gòu)，并建立其動力學(xué)方程。通過數(shù)值模擬研究雙向機構(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)對活塞運動的影響，并進一步研究驅(qū)動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。計算結(jié)果表明隨可變節(jié)流口間隙增加，雙向水力驅(qū)動機構(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)流口直徑可減小機構(gòu)工作流量，增大機構(gòu)提升力；增加下缸固定節(jié)流口直徑可大

4、幅提升驅(qū)動機構(gòu)臨界提升速度。
　　為更深層次揭示伺服活塞式驅(qū)動機構(gòu)的工作機理，通過分析驅(qū)動機構(gòu)基本工作原理和幾何結(jié)構(gòu)，分別建立驅(qū)動機構(gòu)靜態(tài)和動態(tài)運動過程的數(shù)學(xué)模型，對控制棒的保持、提升、下插等性能進行理論計算和分析。首先研究驅(qū)動機構(gòu)運行過程中系統(tǒng)參數(shù)動態(tài)響應(yīng)情況，并進一步分析運行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)等對驅(qū)動機構(gòu)性能的影響。仿真結(jié)果表明在極短時間內(nèi)，伺服盤就可與控制棒達到同步運動，系統(tǒng)參數(shù)保持平衡狀態(tài)，并得到相應(yīng)實驗結(jié)果的驗證。驅(qū)動缸內(nèi)徑

5、和導(dǎo)流孔直徑對機構(gòu)性能影響效果明顯；溫度升高會導(dǎo)致工作流量增大。
　　在伺服活塞式水力驅(qū)動機構(gòu)性能實驗研究過程中，總結(jié)了驅(qū)動機構(gòu)的工作壓力和流量隨時間發(fā)展規(guī)律以及工作狀態(tài)參數(shù)對機構(gòu)性能的影響。實驗表明驅(qū)動機構(gòu)在提升初期驅(qū)動缸內(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)量和移動速度對驅(qū)動機構(gòu)性能影響顯著；在啟動和制動階段伺服盤受力達到最大值，電動執(zhí)行器功率在23～35W之間即可滿足設(shè)計要求。提升過程中水力驅(qū)動機構(gòu)阻力系數(shù)逐