核電蒸汽發(fā)生器健康監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電站維系一次側(cè)和二次側(cè)的樞紐設(shè)備，其服役壽命和運(yùn)行安全性一直是備受關(guān)注的問題。本文根據(jù)壓水堆蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行工況參數(shù)，將其中的關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)、運(yùn)行載荷和物理邊界提取并做適當(dāng)簡(jiǎn)化，構(gòu)建了可供科學(xué)分析的研究模型，系統(tǒng)地研究了蒸汽發(fā)生器U形傳熱管和支撐板結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性問題。 具體研究工作和成果如下： (1)闡述了浸液圓板流體結(jié)構(gòu)耦聯(lián)振動(dòng)問題的物理模型與數(shù)學(xué)求解方法體系，研究了浸液圓板流體結(jié)構(gòu)耦聯(lián)振動(dòng)

2、問題有關(guān)基本假設(shè)、物理模型基本方程與不同工況邊界條件構(gòu)建。詳細(xì)探討了求解浸液圓板耦聯(lián)振動(dòng)偏微分方程一類邊值問題的分離變量和積分變換兩種解法。本文首次提出了基于廣義Fourier-Bessel級(jí)數(shù)的第一類和第二類F-B-H(Fourier-Bessel-Hankel)積分變換及反演理論，并進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)學(xué)解析。探討了對(duì)偶積分方程求解體系以及在浸液板動(dòng)態(tài)特性分析方面的應(yīng)用。首次采用F-B-H積分變換及反演與分離變量?jī)煞N求解方法對(duì)眾多邊界條件

3、下浸液圓薄板流體結(jié)構(gòu)耦聯(lián)固有振動(dòng)問題進(jìn)行了理論解析。如在流體域尺度影響方面，研究了自由面環(huán)繞側(cè)壁和剛性固壁時(shí)無限深、有限寬，有限深、有限寬，半無限大和有限深度、無限寬流體域；自由頂面和剛性固壁頂面模型；圓板面內(nèi)外圍流體域?yàn)樽杂梢好娴裙r下的浸液圓板振動(dòng)問題。特別是對(duì)于有限域?qū)拕傂怨瘫趥?cè)壁流體域工況，應(yīng)用本文提出的F-B-H積分變換和反演理論獲得了解析解。本文提出的F-B-H積分變換及其反演方法不僅可以用于流體結(jié)構(gòu)分析，而且還可以用于求解

4、其它物理意義的Neumann或Robbin邊值問題。 (2)采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)各種不同流體域邊界條件下的浸液圓板流體結(jié)構(gòu)耦聯(lián)振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行了分析，并通過統(tǒng)計(jì)回歸給出了半經(jīng)驗(yàn)公式。采用理論解析和數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)蒸汽發(fā)生器支撐板間流體結(jié)構(gòu)耦聯(lián)效應(yīng)進(jìn)行了研究，推導(dǎo)了板間耦合振動(dòng)流體域水動(dòng)力學(xué)方程及其求解方法，特別是還應(yīng)用本文提出的F-B-H積分變換和反演方法與分離變量法導(dǎo)出了板間耦合振動(dòng)流體域附加虛質(zhì)量增量因子的解析解。針對(duì)蒸汽發(fā)生器支撐

5、板流體結(jié)構(gòu)耦聯(lián)動(dòng)態(tài)特性計(jì)算問題，提出了均質(zhì)板根據(jù)剛度、質(zhì)量雙等效和蜂窩流體域按照質(zhì)量等效當(dāng)量成均勻流體域的對(duì)偶等效原理，給出了浸液多孔板流體附加質(zhì)量增量因子的計(jì)算方法。 (3)對(duì)基于模態(tài)分析的傳熱管健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究。討論了重大過程設(shè)備健康監(jiān)測(cè)可行性，對(duì)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展、發(fā)展趨勢(shì)和有待于研究的問題做了簡(jiǎn)述。通過對(duì)含缺陷U形管動(dòng)態(tài)特性信號(hào)變異的數(shù)值模擬研究，給出了因缺陷存在而帶給傳熱管模態(tài)的變化態(tài)勢(shì)，重點(diǎn)

6、評(píng)價(jià)了位移、應(yīng)變或曲率模態(tài)對(duì)缺陷的敏感性。提出并證實(shí)了基于危險(xiǎn)部位應(yīng)變模態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有可能實(shí)現(xiàn)蒸汽發(fā)生器傳熱管健康狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的創(chuàng)新想法。由于蒸汽發(fā)生器傳熱管開裂部位具有一定的規(guī)律，因此，對(duì)這些危險(xiǎn)部位實(shí)施高靈敏度的檢測(cè)和診斷具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。 (4)基于振動(dòng)力學(xué)和有限元法對(duì)蒸汽發(fā)生器U形傳熱管動(dòng)態(tài)特性及影響因素進(jìn)行了較詳細(xì)的理論解析和數(shù)值模擬研究，對(duì)影響U形管固有頻率的眾多因素，如：支撐邊界約束條件處理方式、支撐厚度、支撐

7、跨度、管一支撐間隙、彎管系數(shù)、一次側(cè)和二次側(cè)壓力、沿U形管長(zhǎng)度壓力分布非均勻性影響、流體附加質(zhì)量及其非均勻分布、管子自重、管子熱膨脹、材料性能變化和參數(shù)分散性等進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。 (5)從理論與應(yīng)用角度詳細(xì)研究了模態(tài)分析用于確定多孔板有效彈性常數(shù)的技術(shù)方法，提出了多孔板有效彈性常數(shù)和多孔板質(zhì)量比的關(guān)聯(lián)式，對(duì)靜撓度法、總體應(yīng)變能法與模態(tài)法三種確定多孔板有效彈性常數(shù)的方法做了對(duì)比分析。通過與規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，證明了所提理論和方法的正確性

8、。應(yīng)用模態(tài)法對(duì)衛(wèi)星式復(fù)式圓孔、三葉孔形和四葉孔形支撐板有效彈性常數(shù)進(jìn)行了計(jì)算評(píng)估。 (6)采用數(shù)值模擬方法對(duì)考慮U形傳熱管-支撐板耦聯(lián)效應(yīng)后的系統(tǒng)固有振動(dòng)特性進(jìn)行了研究，包括U形傳熱管-圓孔支撐板、U形傳熱管-三葉孔支撐板和U形傳熱管-四葉孔支撐板耦聯(lián)系統(tǒng)，獲得了耦合固有頻率與多孔板削弱后的有效彈性常數(shù)之間的變化關(guān)系。對(duì)圓柱-支撐、管-支撐板之間的非赫茲(non-Herzian)協(xié)調(diào)接觸行為進(jìn)行了理論解析和數(shù)值模擬，得到了管支撐