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反应堆关键设备健康监测与故障诊断技术研究进展

刘才学 罗能 何攀 刘佳鑫 彭翠云

刘才学, 罗能, 何攀, 刘佳鑫, 彭翠云. 反应堆关键设备健康监测与故障诊断技术研究进展[J]. 核动力工程, 2023, 44(3): 8-20. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.03.0008
引用本文: 刘才学, 罗能, 何攀, 刘佳鑫, 彭翠云. 反应堆关键设备健康监测与故障诊断技术研究进展[J]. 核动力工程, 2023, 44(3): 8-20. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.03.0008
Liu Caixue, Luo Neng, He Pan, Liu Jiaxin, Peng Cuiyun. Research Progress of Hearth Monitoring and Fault Diagnosis for Reactor Critical Equipment[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(3): 8-20. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.03.0008
Citation: Liu Caixue, Luo Neng, He Pan, Liu Jiaxin, Peng Cuiyun. Research Progress of Hearth Monitoring and Fault Diagnosis for Reactor Critical Equipment[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(3): 8-20. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.03.0008

反应堆关键设备健康监测与故障诊断技术研究进展

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.03.0008
详细信息
    作者简介:

    刘才学(1967—),男,研究员,博士研究生导师,现主要从事反应堆物理与故障诊断研究,E-mail: lcx97318@sina.com

  • 中图分类号: TL353

Research Progress of Hearth Monitoring and Fault Diagnosis for Reactor Critical Equipment

  • 摘要: 对反应堆关键设备开展健康监测与故障诊断技术的研究、开发及应用是反应堆安全、可靠、经济运行的重要保证,也是提升反应堆运行维护保障水平的关键环节。本文归纳了反应堆关键设备健康监测与故障诊断的基本概念,总结了反应堆设备健康监测的传感技术、监测技术和健康监测系统的研发现状,综述了基于机理模型、专家知识和数据挖掘的故障诊断技术研究现状,为了解、深化和拓展反应堆关键设备健康监测与故障诊断基础研究、技术研发和工程应用提供思路和方法借鉴。

     

  • 图  1  设备健康监测与故障诊断流程图

    Figure  1.  Flow Chart of Equipment Hearth Monitoring and Fault Diagnosis

    图  2  松脱部件监测原理图

    S—加速度计灵敏度;m—松脱部件质量;a—撞击加速度;C—电荷转换系数;Q—电荷;v—碰撞初速度;V1V2—输出电压

    Figure  2.  Schematic Diagram of Loosen Part Monitoring

    图  3  堆内构件振动监测原理图

    i—探测器输出直流;di—堆内构件振动引发的波动电流;c—直流放大倍数,表示该单元对电流进行了c倍放大;B—波动电流放大倍数

    Figure  3.  Schematic Diagram of In-reactor Component Vibration Monitoring

    图  4  压力管道LBB前后表面声发射信号

    Figure  4.  Surface Acoustic Emission Signal after Pressure Pipeline Leak Before Break

    图  5  CRDM滚轮故障下的波形和频谱

    Figure  5.  Waveform and Spectrum under CRDM Roller Fault

    图  6  基于机理模型的设备故障诊断流程图

    Figure  6.  Flow Chart of Equipment Fault Diagnosis Based on Mechanism Model

    图  7  松脱部件的波形和频谱

    Figure  7.  Waveform and Spectrum of Loosen Part

    图  8  燃料组件压紧弹簧刚度减小对吊篮梁型振动频率的影响    

    Figure  8.  Effect of Stiffness Decrease of Fuel Assembly Compressive Spring on the Vibration Frequency of Core Barrel

    图  9  基于专家知识的设备故障诊断流程示意图

    Figure  9.  Flow Chart of Equipment Fault Diagnosis Based on Expert Knowledge

    图  10  CRDM正常与滚轮磨损故障下的峰态因数对比

    Figure  10.  Comparison Kurtosis between Normal State and Roller Wear Fault

    图  11  基于数据挖掘方法进行设备故障诊断流程图

    Figure  11.  Flow Chart of Equipment Fault Diagnosis Based on Data Mining

    图  12  PRID架构示意图

    Figure  12.  Architecture of Diagram PRID

    表  1  研制的高温耐辐射传感器主要性能指标

    Table  1.   Main Performance Indicators of the Developed High Temperature and Radiation Resistant Sensor

    传感器名称最高工作
    温度/℃
    γ射线剂
    量/Gy
    频率/
    Hz
    灵敏度
    宽频加速度计4853×1065~10000>10 pC/g
    高灵敏加速度计4003×1065~3000>50 pC/g
    压电速度传感器4853×1065~2000>5 mV/(mm·s−1)
    磁电速度传感器1501×106~2000>20 mm/s
    声发射传感器4501×10650~260000>−71 dB(V/μbar)
    压力脉动传感器4001×1065~100>62 pC/bar
    相对位移传感器904.4×104~200静态50 mm
    动态0.5 mm
    电涡流位移传感器1201×10610~10002 mm
    中低频信号适调器1004.4×104~200001 mV/pC
    10 mV/pC
    超声信号适调器1254.4×104~30000040 dB
      注:①dB是V/μbar的对数;1 bar=105Pa;g 为重力加速度
    下载: 导出CSV

    表  2  旋转机械潜在故障的典型特征

    Table  2.   Typical Characteristics of Potential Fault of Rotating Machinery

    故障类型振动频率方向附注
    转动件不平衡1倍转频径向最常见设备振动过大
    不对中和轴弯曲通常1倍转频,经常2倍转频,有时3倍转频和4倍转频径向和轴向第二常见故障
    磨损1倍转频及可能更高倍数转频径向常见设备振动过大
    滑动轴承在轴承座上松动轴转频的次谐波,即 1/2转频或1/3 转频主要径向如涡轮机
    滑动轴承水膜涡动或抖动小于1/2转频主要涡旋向的径向立式和卧式设备
    滞后涡动轴临界转频主要径向转速较高、通过轴临界转频时被激励的振动
    机械松动2倍转频,不平衡旋转时则1倍转频径向和轴向包括松动的止推轴承
    电致振动1倍转频或1倍转频与2倍转频径向和轴向切断电源时应该消失
    轴位置变化所有频率径向和轴向表示轴承荷载的变化、外力和操作干扰
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-23
  • 修回日期:  2023-04-11
  • 刊出日期:  2023-06-15

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