【摘要】：安全問題是核電開發(fā)的爭議所在,發(fā)展核電的一個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。冷卻劑流動產(chǎn)生的脈動壓力會使堆內(nèi)結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生動態(tài)應力,在此動態(tài)應力作用下,結(jié)構(gòu)件會發(fā)生疲勞損傷,誘發(fā)連接件的松動、變形或脫落,造成反應堆非計劃性停堆,帶來重大的經(jīng)濟損失。在我國,流致振動實驗是核電站在設(shè)計驗證階段必須進行的測試,對堆內(nèi)結(jié)構(gòu)件進行狀態(tài)監(jiān)測,測量堆內(nèi)脈動壓力等力學參數(shù),對于分析脈動壓力導致的結(jié)構(gòu)件振動疲勞、預測結(jié)構(gòu)件的壽命以及優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的作用。壓水反應堆堆內(nèi)存在高溫、高壓(350°C,靜壓15.5MPa)以及復雜電磁干擾,電測類傳感器由于體積、工作溫度和噪聲等因素無法滿足該監(jiān)測需求。光纖法珀傳感器具有精度高、穩(wěn)定性高、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點,通過改變法珀腔的構(gòu)成能夠?qū)崿F(xiàn)多個方向的脈動壓力的測量,因此其最有希望用于堆內(nèi)結(jié)構(gòu)件脈動壓力監(jiān)測。本文提出了光纖法珀脈動壓力傳感系統(tǒng),用于測量反應堆內(nèi)冷卻劑導致的脈動壓力,以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的狀態(tài)監(jiān)測。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壓力傳感器的光-機耦合模型,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失效時的最大形變,結(jié)合膜片力學失效時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,并制作出脈動壓力傳感器。其次,基于非掃描式相關(guān)理論,設(shè)計了傳感器的解調(diào)系統(tǒng);提出的峰值滑動平均濾波能夠有效提高解調(diào)系統(tǒng)的解調(diào)精度。最后對系統(tǒng)光學模塊進行標定,并對傳感器的性能進行了測試。結(jié)果表明:所設(shè)計解調(diào)系統(tǒng)的光學分辨率為13.95nm,有效量程為10.33~32.39μm;所設(shè)計膜片式光纖法珀脈動壓力傳感器最大靜態(tài)壓力為5MPa,所測量動態(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)過實驗測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)脈動壓力的監(jiān)測,從而為結(jié)構(gòu)件的監(jiān)測提供一種有效的監(jiān)測方法。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：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.價值、社會價值和學術(shù)意義。壓水核反應堆的基本原理如圖 1.2 所示：一回路系統(tǒng)中的冷卻劑泵驅(qū)動冷卻水流至反應堆堆芯，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汽輪機做功發(fā)電。如此不停的循環(huán)往復，構(gòu)成了密閉的循環(huán)回路系統(tǒng)。其中反應堆堆芯結(jié)構(gòu)是壓水核反應堆的核心結(jié)構(gòu)，是實現(xiàn)核裂變反應并將核能轉(zhuǎn)化為熱能的重要場所，具有強烈的電磁輻射。因此，堆芯的結(jié)構(gòu)安全是整個壓水堆核電站設(shè)計中的重要環(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社會價值和學術(shù)意義。壓水核反應堆的基本原理如圖 1.2 所示：一回卻劑泵驅(qū)動冷卻水流至反應堆堆芯，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)的給高壓蒸汽推動汽輪機做功發(fā)電。如此不停的循環(huán)往復，構(gòu)成了密閉統(tǒng)。其中反應堆堆芯結(jié)構(gòu)是壓水核反應堆的核心結(jié)構(gòu)，是實現(xiàn)核裂能轉(zhuǎn)化為熱能的重要場所，具有強烈的電磁輻射。因此，堆芯的結(jié)壓水堆核電站設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)之一[7]。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 曹群;賈平崗;熊繼軍;張海瑞;洪應平;房國成;;MEMS光纖法珀壓力傳感器的設(shè)計及解調(diào)方法實現(xiàn)[J];傳感技術(shù)學報;2015年08期

2 王偉康;苑偉政;任森;鄧進軍;孫小東;;Pyrex 7740玻璃深刻蝕掩模研究[J];傳感器與微系統(tǒng);2014年06期

3 姚偉達;張明;謝永誠;梁星筠;張鍇;;新版R.G.1.20《預運行和初始啟動試驗期間堆內(nèi)構(gòu)件振動綜合評價大綱》增補的要求簡述[J];核動力工程;2011年S1期

4 張力;;日本福島核電站事故對安全科學的啟示[J];中國安全科學學報;2011年04期

5 李承亮;張明乾;;壓水堆核電站反應堆壓力容器材料概述[J];材料導報;2008年09期

6 趙江海;史儀凱;單寧;袁小慶;;光纖法珀聲發(fā)射傳感器的雙波長優(yōu)化穩(wěn)定方法[J];壓電與聲光;2008年02期

7 陸道綱;欒霖;張忠岳;;壓水堆吊籃下部防斷支承組件流致振動分析[J];核科學與工程;2007年04期

8 尤函;;切爾諾貝利核電站爆炸泄漏事故概況及啟示[J];國防科技工業(yè);2006年04期

9 王婷婷,王鳴,李明,陸敏;光纖法布里-珀羅腔傳感器雙波長解調(diào)法及波長優(yōu)化設(shè)計[J];光學學報;2005年10期

10 劉躍輝,張旭蘋,董玉明;光纖壓力傳感器[J];光電子技術(shù);2005年02期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 王巧云;光纖法布里—珀羅聲波傳感器及其應用研究[D];大連理工大學;2010年

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 李文明;高速列車表面脈動壓力測試傳感器設(shè)計與模擬研究[D];西南交通大學;2017年

本文編號：2728024