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新设计的核电装备,如何确保安全运行?

发布日期:2020年06月02日    浏览次数:58


何得「核能」,安全之重





我国是世界上第7个能自主设计和建造核电站的国家,近年来我国核能设备国产化率逐步提高,核电站建设国产化率已接近90%。不过,我国核电装备制造业起步较晚,整体实力不强,与国外先进技术相比仍有一定差距。


由于核电安全的特殊性,与其他行业的机械装备相比,核电装备要求必须有高的设计质量来确保核电的安全性。同时,又由于核电装备作业环境的特殊性,新设计的产品很难进行充分的试验验证。如果在产品研发过程中有设计问题没有被发现,或者新设计的核电装备无法满足核电站的作业环境,就可能无法保证机械装备的安全运行,甚至造成严重的核安全事故。




挑战重重,何去何从?





对于具有动态性能的核电装备,在运行过程中,其运行姿态不断改变,并受到变化的负载作用,更容易产生运行安全问题。而且,该产品通常还需要和其他核电部件或系统进行交互作用,其运行性能和所处的核电环境密切相关,更加大了其安全运行的难度。


因此,除了验证该产品本身的性能外,还必须在真实的核电环境下进行系统级分析,以保证其运行的安全性和可靠性。对于智能化核电装备,是由产品的控制系统和机械系统紧密配合完成功能,因此需要验证并确保控制系统和机械系统保持一致性。这些都为核电设备新产品的设计提出了新的挑战。比如,下面这些问题该如何解决呢?



01

翻转装置是核燃料组件放置状态改变的重要保障工具,应用在核燃料组件制造、运输和使用过程中。为了实现翻转装置自动翻转、自动检测定位、自动升降工作台等功能。该如何设计这个新的产品,使这个装备具有多种功能、能适合于不同运行场合、且操作简便?

02

通风隔离阀主要应用于核电站空调通风系统,其传动系统传递的运动是否精确决定了阀板关闭密封性能和自锁性能的好坏。如何评估和提高通风隔离阀传动系统的运动可靠性,以确定科学合理的设计加工和维护方案?

03

核电站用环行桥式起重机(简称核环吊),是核电站建设和运行过程中必不可少的起重运输装备。由于其特殊的使用环境,该起重机运行过程中的安全性与定位准确性是核环吊作业的首要考虑因素。那么,如何才能保证在产品设计过程中实现对被吊物的精确定位呢?

04

福岛核事故的发生以后,核电站应急及救援机器人得到了快速发展。采用机器人进行设备检修、放射性废物处理、应急响应等工作,一方面可降低用于人工防护设备的成本及管理成本,另一方面也可降低工作人员受辐照剂量和劳动强度。如何设计核电机器人,使其满足高移动性、高可靠性、高适应性、高准确性?




超越传统,「仿真」驱动





面对这些设计挑战,传统的设计方法已经无法满足核电装备产品设计要求。采用新型的“仿真驱动设计”研发流程,在产品设计阶段,通过专业的仿真技术,考虑真实的产品运行场景,模拟产品在实际工作状态下状态,分析其动态性能、机控耦合性能、所受载荷等参数,验证所设计的核电装备是否能完全满足设计要求,确保产品投产后可以安全、可靠、准确地运行。



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图1:核电机器人“仿真驱动设计”流程图



达索系统SIMULIA Simpack软件是专家级机电系统运动学/动力学仿真分析软件,能用来仿真模拟核电装备中任何的机械/机电系统,从仅仅只有几个自由度的简单系统到复杂机电控制系统,都能利用SIMULIA Simpack软件进行模拟仿真。SIMULIA Simpack软件能应用在核电装备概念设计、详细设计、试验研究、故障诊断以及产品维护的全生命周期内。


达索系统SIMULIA Simpack软件提供以下功能,用来提升核电装备设计质量,确保安全运行。


在产品设计初期阶段,不需要详细的几何模型,就能分析核电装备产品设计方案的可行性以及存在的问题;

为有限元分析提供精确的动态载荷数据,使其得到更接近实际的刚强度和疲劳寿命分析结果

建立准确的核电装备机械系统模型,实现与控制系统一体化分析,验证控制系统性能

建立真实的仿真场景,在实际工况下对机械装备进行虚拟测试,验证其性能并能用于指导实际运行过程

通过建立参数化模型进行优化设计,评估各个参数之间的相互关系,得到最优化结果,提升设计质量。



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达索系统SIMULIA Simpack软件迄今已在多个行业得到应用,客户包括德国宇航局(DLR)、法国赛峰(SAFRAN)、GE能源集团、中国航天一院、沈阳飞机设计研究所等行业领先企业为客户的新产品研发提供了强大的分析和验证,确保新产品设计“一次成功”,在多种工况下安全可靠地运行。


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来源:核电那些事


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