【摘要】：安全問題是核電開發(fā)的爭(zhēng)議所在,發(fā)展核電的一個(gè)最重要的前提是保證核電站的安全。堆內(nèi)結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性是影響壓水堆核電站安全的重要因素。冷卻劑流動(dòng)產(chǎn)生的脈動(dòng)壓力會(huì)使堆內(nèi)結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)力,在此動(dòng)態(tài)應(yīng)力作用下,結(jié)構(gòu)件會(huì)發(fā)生疲勞損傷,誘發(fā)連接件的松動(dòng)、變形或脫落,造成反應(yīng)堆非計(jì)劃性停堆,帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失。在我國,流致振動(dòng)實(shí)驗(yàn)是核電站在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段必須進(jìn)行的測(cè)試,對(duì)堆內(nèi)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè),測(cè)量堆內(nèi)脈動(dòng)壓力等力學(xué)參數(shù),對(duì)于分析脈動(dòng)壓力導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)件振動(dòng)疲勞、預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)件的壽命以及優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的作用。壓水反應(yīng)堆堆內(nèi)存在高溫、高壓(350°C,靜壓15.5MPa)以及復(fù)雜電磁干擾,電測(cè)類傳感器由于體積、工作溫度和噪聲等因素?zé)o法滿足該監(jiān)測(cè)需求。光纖法珀傳感器具有精度高、穩(wěn)定性高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),通過改變法珀腔的構(gòu)成能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)方向的脈動(dòng)壓力的測(cè)量,因此其最有希望用于堆內(nèi)結(jié)構(gòu)件脈動(dòng)壓力監(jiān)測(cè)。本文提出了光纖法珀脈動(dòng)壓力傳感系統(tǒng),用于測(cè)量反應(yīng)堆內(nèi)冷卻劑導(dǎo)致的脈動(dòng)壓力,以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。本文首先建立了基于非掃描式相關(guān)解調(diào)的膜片式光纖法珀脈動(dòng)壓力傳感器的光-機(jī)耦合模型,根據(jù)該模型分析了傳感膜片的形變特性和頻率特性,建立了傳感器彎曲形變模型;分析出傳感膜片光學(xué)失效時(shí)的最大形變,結(jié)合膜片力學(xué)失效時(shí)的最大形變得到了傳感器的量程;建立了傳感器壓力分辨率和解調(diào)系統(tǒng)光學(xué)分辨率的關(guān)系;優(yōu)化了傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù);探索研究了傳感器的加工工藝,并制作出脈動(dòng)壓力傳感器。其次,基于非掃描式相關(guān)理論,設(shè)計(jì)了傳感器的解調(diào)系統(tǒng);提出的峰值滑動(dòng)平均濾波能夠有效提高解調(diào)系統(tǒng)的解調(diào)精度。最后對(duì)系統(tǒng)光學(xué)模塊進(jìn)行標(biāo)定,并對(duì)傳感器的性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)解調(diào)系統(tǒng)的光學(xué)分辨率為13.95nm,有效量程為10.33~32.39μm;所設(shè)計(jì)膜片式光纖法珀脈動(dòng)壓力傳感器最大靜態(tài)壓力為5MPa,所測(cè)量動(dòng)態(tài)壓力為±200KPa,傳感器的理論壓力靈敏度和理論溫度靈敏度分別為2.54nm/KPa和0.95nm/°C,壓力分辨率為5.49KPa;經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出傳感器的常溫壓力靈敏度為4.18nm/KPa,在350°C高溫環(huán)境下的壓力靈敏度為3.21nm/KPa,溫度靈敏度為4.63nm/°C。綜上所述,該系統(tǒng)能夠滿足壓水堆內(nèi)脈動(dòng)壓力的監(jiān)測(cè),從而為結(jié)構(gòu)件的監(jiān)測(cè)提供一種有效的監(jiān)測(cè)方法。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM623
【圖文】：

圖 1.1 (a) 截止到 2017 年 11 月，全國電力結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)分布圖；(b) 2000 年至 2015 年間，全國核電年生產(chǎn)電力量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.價(jià)值、社會(huì)價(jià)值和學(xué)術(shù)意義。壓水核反應(yīng)堆的基本原理如圖 1.2 所示：一回路系統(tǒng)中的冷卻劑泵驅(qū)動(dòng)冷卻水流至反應(yīng)堆堆芯，吸收核裂變釋放的能量，把堆芯的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器；蒸汽發(fā)生器再把一次側(cè)的熱量傳給二回路系統(tǒng)的給水，使其變成高壓蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。如此不停的循環(huán)往復(fù)，構(gòu)成了密閉的循環(huán)回路系統(tǒng)。其中反應(yīng)堆堆芯結(jié)構(gòu)是壓水核反應(yīng)堆的核心結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)核裂變反應(yīng)并將核能轉(zhuǎn)化為熱能的重要場(chǎng)所，具有強(qiáng)烈的電磁輻射。因此，堆芯的結(jié)構(gòu)安全是整個(gè)壓水堆核電站設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)之一[7]。

圖 1.1 (a) 截止到 2017 年 11 月，全國電力結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)分布圖；(b) 2000 年至 2015 年間，全國核電年生產(chǎn)電力量.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社會(huì)價(jià)值和學(xué)術(shù)意義。壓水核反應(yīng)堆的基本原理如圖 1.2 所示：一回卻劑泵驅(qū)動(dòng)冷卻水流至反應(yīng)堆堆芯，吸收核裂變釋放的能量，把堆給蒸汽發(fā)生器；蒸汽發(fā)生器再把一次側(cè)的熱量傳給二回路系統(tǒng)的給高壓蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。如此不停的循環(huán)往復(fù)，構(gòu)成了密閉統(tǒng)。其中反應(yīng)堆堆芯結(jié)構(gòu)是壓水核反應(yīng)堆的核心結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)核裂能轉(zhuǎn)化為熱能的重要場(chǎng)所，具有強(qiáng)烈的電磁輻射。因此，堆芯的結(jié)壓水堆核電站設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)之一[7]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2728024