高温气冷堆氦气透平压气机和主氦风机研究进展

具有固有安全特性的模块式高温气冷堆(high temperature gas-cooled reactor, HTGR)具有反应堆出口温度高的特点,可与闭式Brayton循环或Rankine循环耦合,实现高效率的发电。氦气透平压气机和主氦风机分别是与这2种循环耦合的高温气冷堆系统中的关键动力部件,该文针对氦气闭式Brayton循环,分别从稳态与动态特性2个方面揭示其内部循环机理;同时针对循环内核心部件氦气透平压气机,开展2.2 MW样机研制与120 MW商用氦气透平压气机设计。在主氦风机研制方面,顺利完成了10 MW高温气冷堆(HTR-10)主氦风机研制与高温气冷堆示范电站(HTR-PM)主氦风机研制,获得了主氦风机完整的性能数据。为进一步确保HTR-PM项目的顺利推进,搭建了主氦风机综合试验平台,同时测试了2种主氦风机(电磁轴承主氦风机和干气密封主氦风机)的性能。取得的研究成果体现了清华大学核能与新能源技术研究院在自主研发先进核能核心装备技术上取得了重大突破。     

高温气冷堆示范工程螺旋管式直流蒸汽发生器工程验证试验

研发一种新型蒸汽发生器必须进行一定规模的工程验证试验。清华大学核能与新能源技术研究院在其实验基地建设了高温气冷堆示范工程(HTR-PM)螺旋管式直流蒸汽发生器的工程验证试验回路(engineering test facility for steam generator, ETF-SG)。工程验证试验回路能够模拟HTR-PM运行参数,可对HTR-PM蒸汽发生器一个换热组件进行1∶1的工程验证试验。回路设计热功率10 MW,氦回路设计压力8 MPa,最高设计温度800℃,二回路设计压力18 MPa,最高设计温度600℃。在工程验证试验回路上针对高温气冷堆蒸汽发生器完成了几十项热工水力试验,对蒸汽发生器的温度均匀性、堵管后温度分布及其温度展平调节、热工水力瞬态特性、两相流不稳定性等进行了试验研究,验证了HTR-PM螺旋管式直流蒸汽发生器的热工水力和结构设计,并为其调试、运行、低功率及启停工况参数的确定提供了重要数据和参考。     

基于BP神经网络的燃料电池发动机温度模型

燃料电池堆的热特性对燃料电池整体性能和寿命有重要影响,电堆温度特性具有不确定性和非线性,本文利用BP神经网络建立了电堆温度模型,并通过实测数据分析了神经网络模型的特性,研究结果表明,神经网络可以用于电堆温度模型的建立,为质子交换膜燃料电池电堆的建模与控制提供了一条可供参考的途径.     

高温气冷堆主氦风机预防性维修策略研究

高温气冷堆主氦风机是清华大学自主研发的先进核能核心装备之一，对于反应堆的正常运行至关重要。主氦风机停机会导致反应堆紧急停堆，直接影响核电厂的运行，并可能带来安全风险。因此，需要评估主氦风机的可靠性，并对主氦风机开展预防性维修策略研究，以保障高温气冷堆核电厂高质量运行。首先，该文使用故障模式、影响和危害性分析(failure mode, effects and criticality analysis, FMECA)方法识别主氦风机的关键重要部件；然后，基于各部件的通用数据评估得出主氦风机的故障率及各部件故障率占比，为提高主氦风机的运行可靠性提供参考依据；最后，使用以可靠性为中心的维修分析(reliability centered maintenance analysis, RCMA)对主氦风机的预防性维修策略进行规划，提出预防性维修方案建议。该文研究成果可为新研核能设备提升设计质量提供参考，为其他相关核能设施开展可靠性和维修性研究提供借鉴。     

不同增压方式对火箭燃料贮箱冷氦增压效果的影响

针对液氧/煤油火箭燃料贮箱采用的冷氦增压方案,搭建试验系统并进行地面模拟试验.探究不同增压方式,包括增压位置、扩散器形式和增压气体流量对增压排液过程的控压稳定性、贮箱气枕区温度分布、氦气消耗率、气液混合以及液体结冰状态的影响.结果表明：与气枕区增压相比,气体在液体区增压时换热充分,同等条件下气体消耗率降低33.1%,但控压稳定性较差;扩散器形式对气体消耗率和贮箱气枕区温度分布影响不大;小流量增压更加节约氦气,与40 L/s排液相比,10 L/s排液可以节约20%氦气;各工况中均未发现液体介质局部过冷结冰现象,且无气泡随液体进入排液管路.试验结果验证了煤油贮箱采用冷氦增压方案的可行性,并为箭上冷氦增压系统的结构设计和工况调节提供参考.     

堆载预压法在处理软基中的工程应用

介绍了堆载预压法在某港口工程深厚软基处理中的应用,工程采用了梯形法堆载,从设计方面优化了堆载形式及方法,并进行了施工监测,制定堆载速率的控制指标,可由监测数据科学合理、信息化地指导施工.工程实践表明,塑料排水板结合堆载预压法是一种行之有效的处理方法.最后,提出了一些工程应用经验,可供类似的工程应用借鉴参考.     

多堆多机核动力装置控制方案建模及仿真研究

为满足多堆多机核动力装置灵活快速的负荷跟踪及特殊情况下的稳定安全运行,核动力装置控制系统除了需要满足典型运行工况(如:快速升降负荷、甩负荷工况等)控制要求,还应满足在特殊工况下(如单堆多机、单多堆单机等)核动力装置能够平稳安全运行,使多堆多机核动力装置更加灵活的跟踪负荷变化.根据多堆多机核动力装置系统,建立了多堆多机核动力装置控制方案动态仿真模型,包括控制对象和控制方案模型,并对多堆多机核动力装置特殊工况下的瞬态控制过程进行了仿真分析.仿真分析结果表明,控制方案能够实现核动力装置在特殊情况下的工况转换,满足核动力装置稳定运行需求,维持船用负荷和动力的平稳.     

商用高温气冷堆氦气透平循环发电热力学参数分析和优化

随着反应堆出口温度的提高,高效的动力转换技术已经成为(超)高温气冷堆的一个趋势。该文在HTR-10、HTR-10GT和HTR-PM研究的基础上,针对更高的堆芯出口温度,对高温气冷堆氦气透平循环的热力学参数进行分析、优化和设计。通过建立高温气冷堆的数学模型和优化模型,结合更符合工程经验的约束条件,确定了高温气冷堆氦气透平循环的2个设计工况点:1)接近目前工程经验的工况点,堆芯出口温度为850℃,继承HTR-10GT氦气压气机和透平的设计经验,循环压比为2.47,循环效率为47.60%;2)略带前瞻性的工况点,堆芯出口温度为900℃,堆芯入口温度为550℃,压气机压比为2.75,此时循环效率为48.92%。该文还基于这2个工况点对高温气冷堆氦气透平循环参数进行设计,将会对未来开发高温气冷堆闭式Brayton循环提供帮助。     

HTR-PM主氦风机电机冷却性能分析

HTR-PM(high temperature reactor-pebblebed modules)主氦风机是高温气冷堆的重要部件,使用氦气作为工作介质。由于空间结构限制,主氦风机采用了自带风冷的一体化结构,通过专设冷却装置将电机热量带出。为了能针对性地设计辅助叶轮,需要得到电机冷却流道的流动特性和传热特性等热工参数。该文针对主氦风机特殊的冷却流道进行了实验研究,通过对氮气工质下的实验获得了HTRPM的特殊风冷系统的流动特性和传热特性,并向氦气工质下的特性进行类推。根据实验分析和理论计算,给出了冷却系统的优化方案。该方案将为下一步HTR-PM主氦风机辅助叶轮的设计和优化提供重要基础。     

聚变堆氦冷固态增殖包层中子学分析

聚变堆固态包层框架下,针对初步设计的聚变堆氦冷固态包层进行了中子学分析。选择增殖区的氚增殖剂和中子倍增剂分层分布方案,建立了20°对称D型轮胎环全堆计算模型,对聚变中子源分布离散化处理。借助M on te-C arlo粒子输运程序M CNP对聚变堆包层的氚增殖性能和核热功率进行了计算。结果表明,堆总体氚增殖率达到1.247,核热密度峰值在赤道包层模块,能够实现聚变堆运行的氚自持条件。     

HTR-10 氦气阀门设计要求

核电站运行时,阀门是最易发生事故的设备之一。为了确保核电站的安全,必须选用安全可靠的阀门。１０ＭＷ高温气冷实验堆（ＨＴＲ－１０）中的氦气阀门有十多个品种、３００多台,主要为截止阀、调节阀、止回阀、安全阀等。这些阀门是高温气冷堆中面广量大的承压设备,它们连接着高温气冷堆中众多的系统,对于保证高温堆的正常稳定运行及安全停堆起着重要的作用。该文介绍了ＨＴＲ－１０氦气阀门的概况,氦气阀门的要求、核级氦气阀门的设计、制造、质量保证、检验和出厂试验。     

高温气冷堆 Fuzzy-Smith 控制系统的仿真研究

结合１０ＭＷ高温气冷实验堆（ＨＴＲ－１０）数学模型的推导和控制系统的设计，介绍解决大延迟系统控制的Ｆｕｚｚｙ－Ｓｍｉｔｈ预估控制器。热工动特性中，堆芯部分用集中参数近似，冷却剂用分布参数处理；蒸汽发生器分为预热段、蒸发段、过热段，建立高温气冷堆的数学模型。扰动量为从额定核功率１００％减小到３０％，调节氦风机的转速和给水流量使主蒸汽出口温度跟随给定值。仿真结果表明，Ｆｕｚｚｙ－Ｓｍｉｔｈ预估控制器兼顾了Ｆｕｚｚｙ控制和Ｓｍｉｔｈ预估控制器的优点，既对延迟特性有较好的补偿作用，又对被控对象参数变化有较强的适应能力，适合于高温气冷堆控制系统设计。     

10 MW高温气冷实验堆工程标准化的管理

从10MW高温气冷实验堆(HTR-10)工程实践,总结买验堆工程标准化的管理经验.组织保证和增强标准化意值是买施核工程标准化管理的必要前提.重点阐述了HTR-10的设计、制造和建造阶段所采取的标准化管理措施和实效.该工程实践表明,实施核工程标准化管理是保证工程质量和工程进度、提高投资经济效益的重要手段之一.期望能为其他实验堆、研究堆等核工程提供借鉴,共同探讨核工程标准化管理这一普遍性课题.     

HTR-10控制棒传动机构的能量分析

针对 10 MW高温气冷堆 (HTR- 10 )控制棒传动机构可能出现的事故隐患——链条断裂、联轴器键损坏等现象 ,建立了其传动机构的理论分析模型 ,进行了能量分析。结果表明 :缓冲器吸收能力与联轴器强度的匹配问题是联轴器可能出现损坏的主要原因 ;温度的升高降低了涡流阻尼力 ,造成缓冲器吸收能力与联轴器强度的不匹配 ;缓冲器的变形量与作用在联轴器上的作用力有关。为 HTR- 10控制棒传动机构的设计提供了理论依据     

HTR-10 工程投资控制方法及软件设计

简要介绍了１０ＭＷ高温气冷实验堆（ＨＴＲ－１０）工程投资控制系统的设计情况和软件开发状况。对核工程的投资控制方法进行了探讨，在传统的投资与进度联合控制方法的基础上，提出了从项目管理者角度进行宏观投资与进度联合控制的想法。在此基础上，着重介绍了成本曲线（Ｓ曲线）和靶心图的基本概念，并对靶心图进行了改进，采用等值靶心图方法实现联合控制。通过相应投资控制软件的开发，可以看到在项目管理中按步骤、由简单到复杂地应用先进的项目管理技术，是符合我国国情的、较为实际的方法。     

低密度流体冲刷下螺旋管束的振动行为

在西安交通大学风洞台架上，针对２００ＭＷ高温气冷堆蒸汽发生器设计参数所建立的实验模型，研究了蒸汽发生器中螺旋管管束在横向低密度流体冲刷下的振动行为。针对发生流体弹性不稳定现象时的临界流速；不同螺旋半径上相邻管的相互影响；同一螺旋半径上、下游管的相互影响等问题作了讨论。获得的结果对高温气冷堆氦气蒸汽发生器的设计提供了依据，同时亦为螺旋管束的诱发振动理论计算和理论模型的建立提供实验依据。     

HTR-10设计建造的规范化管理

从核安全性要求、技术可行性要求、经济可行性要求、积累应用开发经验等方面论述了10 MW高温气冷堆(HTR-10)设计建造实施规范化管理的必要性,阐述了在HTR-10实施规范化管理实践中采取的几种有效措施,包括制定设计管理程序;编制HTR-10设计准则;依据现行法规标准进行规范化设计;设计文件和图纸规范化管理以及依据质量保证大纲和程序进行规范化管理等,以保证工程进度和质量.核工程项目设计建造规范化管理具有普遍性,可为今后的核工程设计建造提供有益的借鉴.     

楼宇空调变水量冷媒水系统实时优化控制

为达到节能和优化系统控制的目的，在楼宇空调水系统及其局部控制仿真分析的基础上，针对变流量系统监测点和可调参数较多的特点，提出并验证了3个实时优化控制方案：根据初级和二级冷媒水流量的比率，实时优化多台冷水机组的启／停控制；利用AHU自动控制水阀的阀位信息，实时优化二级水泵的控制；利用AHU自动控制水阀的阀位信息以及二级泵的工作状况，实时优化冷水机组出水温度的控制．结果表明，同常规的控制方案相比，这3个优化控制方案不仅能够不同程度地达到节能的目的，而且还能够改善系统局部控制的特性．     

高温气冷堆包覆燃料颗粒的化学气相沉积

我国正在建造１０ＭＷ高温气冷堆，包覆燃料颗粒的研制是高温气冷堆的关键技术之一。ＴＲＩＳＯ型包覆燃料颗粒是由燃料核芯、疏松热解碳层、内致密热解碳层、碳化硅层和外致密热解碳层组成。采用化学气相沉积方法，选用乙炔、丙烯、甲基三氯硅烷和氢气作为反应气体，在直径为５５ｍｍ锥形流化床包覆炉中制备包覆燃料颗粒。本文系统地研究了工艺参数和性能之间的关系，摸索出疏松热解碳层、致密热解碳层和碳化硅层的最佳包覆工艺条件，总结出经验公式，用扫描电镜观察了包覆燃料颗粒的微观结构，制备出满足设计要求的ＴＲＩＳＯ型包覆燃料颗粒。     

高压供电局带电库温、湿度微机控制系统

电工高压带电作业所用设备及工具等 ,对温度、湿度要求较高 ,为安全作业 ,不使用时需把它们放入专门的‘带电库’中 ,并对库内温、湿度实施控制 .目前国内大多是采用人工控制的办法 .这种方法既浪费电能 ,又达不到满意效果 .本设计实现了用微机对库内温、湿度的控制 .经过在张家口供电局高压供电分公司近四个月的运行表明 ,系统安全可靠 ,有效降低用电量 ,达到满意的效果