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【月度聚焦】为高安全性而奋战——控制棒驱动线冷态试验研究中的故事
文章来源:中国核工业杂志 日期:2016年10月21日


    ACP100小堆别看身板小,在其每一个尺寸、每一个部件或每一个结构的背后,却都有那么一群科研队伍在攻坚克难,为了它的高安全性能而奋战。反应堆控制棒驱动线冷态试验团队正是其中的一员。

  新型专利出炉

  和传统反应堆相比,ACP100的许多设计结构都进行了改进和优化,驱动机构也不例外。为了获得快速落棒条件下的瞬态冲击力,需要在导向管内安装测量装置。可小堆安装空间尺寸缩小,且导向管内压力高,测量装置的密封如何实现?

  为了解决这一问题,研究人员多方调研,并对各类测量装置进行了比较分析,而对于测点的布置更是经过了各种可能的尝试。一次次的失败并没有将他们打倒,反而愈战愈勇。空间小,就选用小型压力传感器;密封难以实现,就采用新型密封结构提高密封效果。最后,一种棒束型燃料组件导向管内压力测量装置及结构新鲜出炉,不仅便于安装,而且还有效解决了密封问题。这一技术获得授权专利。

  测量系统的小“革命”

  ACP100小堆结构的变化带来的影响,不仅仅只是体现在测量装置的布置上,就连测量系统也需要“革命”。

  和普通核电站反应堆相比,ACP100小堆的控制棒变得更短,其行程也发生了相应的变化。为了及时把控提棒和落棒的高度,需要对棒位探测器和配套数采程序进行升级,并改进测量方法。别看仅仅只是一个组件长度的变化,其他相关参数均需要重新计算输入,而程序也必须全部推倒重来。

  为了方便后续的测量工作,课题组根据升级后的棒位探测器在原高速数采程序中增加了原始电压信号测量点,并研发了后处理App,不仅能准确判断出落棒时间,也能直观读出落棒时瞬态冲击力的大小,甚至可以根据电压信号,判断是否出现卡棒等异常情况。除此之外,研究人员还专门为小堆项目在程序内增加了抽插力测量信号,以此来监测记录试验件安装时的抽插力大小。

  试验中,这套“革命”后的系统精细地记录了每一个试验点,而后处理App则对庞大的原始数据进行了精妙的处理,提高了研究工作效率。

  精确到0.25毫秒

  由于小堆的落棒速度快,近3米长的控制棒,落棒时间却仅仅只有1秒多,最大速度甚至超过了3米/秒。因此,要在这极短的落棒时间中测量出准确的落棒数据,一般摄像设备根本无法捕捉清晰的图像,更不用说要读取控制棒上的刻度了。

  “这可怎么办?”研究人员犯难了。“大家要提高自身的试验水平,就必须要把整个设备升级换代!”经过几番讨论,他们立马着手调研各类摄像设备的性能参数,针对本试验专门研发了一套专用的高速摄像仪及后处理App。

  新的摄像设备正式运用在了试验本体上。“3、2、1,落棒!”随着指令发出,研究人员熟练且迅速地采集图像和数据。他们惊喜地发现,原有设备只能达到每秒记录1000帧图像,而升级换代后的摄像设备可以达到每秒记录4000帧。这就意味着可以清晰地观测到落棒过程中每0.25毫秒的变化,精度整整提高了3倍!经过处理后,各部分数据与数采数据相吻合,甚至比数采数据更为精确,进一步验证了试验数据的准确性和可靠性,同时也提升了反应堆控制棒驱动线的试验能力。

  不落地的“接力棒”

  特别值得一提的是,ACP100控制棒驱动线冷态实验先后有3个课题负责人,他们在整个试验研究的长跑中上演了一场完美的“接力赛”。

  徐元利,项目开始时的课题负责人,2012年年初有了身孕,由于室里人手十分紧张,她仍然主动坚持工作,查资料、看图纸、探现场、技术交流,耐心细致地完成了包括方案、大纲设计等多方面内容,为试验的后续工作铺平了道路。

  这一年秋季,实验装置进入安装调试阶段,研究室副主任蒋贤国主动从徐元利手中接下了工作。他和普通科研人员一样,忙得像个旋转的陀螺。本体安装出现问题了,他来解决;技术上有疑难点了,他来考量;人手调配忙不过来了,他来协调。他一次一次下现场,完成了试验所有的前期准备工作,确保了项目的顺利进行。

  进入试验阶段后,室里年轻的小伙子姜林又接过了“接力棒”。作为一个经验略显不足的“新人”,面对这一难度不小的项目,他在前辈的引导下,带着课题组边学边做,不仅掌握了本体对中复验,而且完成了试验前后的近千次抽插力测量和上百次落棒试验,并对大量数据进行了处理,出色地完成了所有试验工况任务。

  正是这样一支队伍在困难面前选择了迎难而上,并在技术上突破创新,才有了ACP100控制棒驱动线冷态试验的成功。(编辑系中国核动力研究设计院陈景雅)

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