压水堆堆内脉动压力监测传感系统研究

发布时间：2020-06-24 15:05

【摘要】：安全问题是核电开发的争议所在,发展核电的一个最重要的前提是保证核电站的安全。堆内结构件的结构完整性是影响压水堆核电站安全的重要因素。冷却剂流动产生的脉动压力会使堆内结构件产生动态应力,在此动态应力作用下,结构件会发生疲劳损伤,诱发连接件的松动、变形或脱落,造成反应堆非计划性停堆,带来重大的经济损失。在我国,流致振动实验是核电站在设计验证阶段必须进行的测试,对堆内结构件进行状态监测,测量堆内脉动压力等力学参数,对于分析脉动压力导致的结构件振动疲劳、预测结构件的寿命以及优化其结构设计具有重要的作用。压水反应堆堆内存在高温、高压(350°C,静压15.5MPa)以及复杂电磁干扰,电测类传感器由于体积、工作温度和噪声等因素无法满足该监测需求。光纤法珀传感器具有精度高、稳定性高、抗电磁干扰能力强等优点,通过改变法珀腔的构成能够实现多个方向的脉动压力的测量,因此其最有希望用于堆内结构件脉动压力监测。本文提出了光纤法珀脉动压力传感系统,用于测量反应堆内冷却剂导致的脉动压力,以实现结构件的状态监测。本文首先建立了基于非扫描式相关解调的膜片式光纤法珀脉动压力传感器的光-机耦合模型,根据该模型分析了传感膜片的形变特性和频率特性,建立了传感器弯曲形变模型;分析出传感膜片光学失效时的最大形变,结合膜片力学失效时的最大形变得到了传感器的量程;建立了传感器压力分辨率和解调系统光学分辨率的关系;优化了传感器的结构参数;探索研究了传感器的加工工艺,并制作出脉动压力传感器。其次,基于非扫描式相关理论,设计了传感器的解调系统;提出的峰值滑动平均滤波能够有效提高解调系统的解调精度。最后对系统光学模块进行标定,并对传感器的性能进行了测试。结果表明:所设计解调系统的光学分辨率为13.95nm,有效量程为10.33~32.39μm;所设计膜片式光纤法珀脉动压力传感器最大静态压力为5MPa,所测量动态压力为±200KPa,传感器的理论压力灵敏度和理论温度灵敏度分别为2.54nm/KPa和0.95nm/°C,压力分辨率为5.49KPa;经过实验测试得出传感器的常温压力灵敏度为4.18nm/KPa,在350°C高温环境下的压力灵敏度为3.21nm/KPa,温度灵敏度为4.63nm/°C。综上所述,该系统能够满足压水堆内脉动压力的监测,从而为结构件的监测提供一种有效的监测方法。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM623
【图文】：

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图 1.1 (a) 截止到 2017 年 11 月，全国电力结构统计分布图；(b) 2000 年至 2015 年间，全国核电年生产电力量Fig.1.1 (a) Statistics distribution map of national structure of the power source by the end ofNovember 2017; (b) National nuclear power production from 2000 to 2015 every year.价值、社会价值和学术意义。压水核反应堆的基本原理如图 1.2 所示：一回路系统中的冷却剂泵驱动冷却水流至反应堆堆芯，吸收核裂变释放的能量，把堆芯的热量传递给蒸汽发生器；蒸汽发生器再把一次侧的热量传给二回路系统的给水，使其变成高压蒸汽推动汽轮机做功发电。如此不停的循环往复，构成了密闭的循环回路系统。其中反应堆堆芯结构是压水核反应堆的核心结构，是实现核裂变反应并将核能转化为热能的重要场所，具有强烈的电磁辐射。因此，堆芯的结构安全是整个压水堆核电站设计中的重要环节之一[7]。

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图 1.1 (a) 截止到 2017 年 11 月，全国电力结构统计分布图；(b) 2000 年至 2015 年间，全国核电年生产电力量.1.1 (a) Statistics distribution map of national structure of the power source by the eNovember 2017; (b) National nuclear power production from 2000 to 2015 every ye社会价值和学术意义。压水核反应堆的基本原理如图 1.2 所示：一回却剂泵驱动冷却水流至反应堆堆芯，吸收核裂变释放的能量，把堆给蒸汽发生器；蒸汽发生器再把一次侧的热量传给二回路系统的给高压蒸汽推动汽轮机做功发电。如此不停的循环往复，构成了密闭统。其中反应堆堆芯结构是压水核反应堆的核心结构，是实现核裂能转化为热能的重要场所，具有强烈的电磁辐射。因此，堆芯的结压水堆核电站设计中的重要环节之一[7]。

【参考文献】