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1、控制棒驅(qū)動機構(gòu)的分段非線性動態(tài)特性沈小要（國家核電技術(shù)公司上海核工程研究設(shè)計院，上海２００２３３）摘要：控制棒驅(qū)動機構(gòu)是核電廠中的重要安全設(shè)備，其動態(tài)特性是研究和設(shè)計該機構(gòu)的關(guān)鍵．首先建立控制棒驅(qū)動機構(gòu)的磁路和電路方程．然后基于控制棒驅(qū)動機構(gòu)動態(tài)提升過程分析，將運動過程分為３個階段，并分別推導出各階段的磁路－電路－機械運動耦合方程．采用解析解和數(shù)值仿真兩種方法相結(jié)合，求解了控制棒驅(qū)動機構(gòu)分段的非線性方程．最終得出動態(tài)過程中電流、電磁力、銜鐵速度、銜鐵位移和銜鐵加速度等一系列反應控制棒驅(qū)動機構(gòu)動態(tài)特性的參數(shù)隨時間的變化曲線，并得到了實驗驗證．關(guān)鍵詞：
2、控制棒驅(qū)動機構(gòu)；動態(tài)特性；分段非線性；解析解；數(shù)值仿真中圖分類號：ＴＬ３５１文獻標識碼：Ａ文章編號：１６７２－５５８１（２０１１）０４－０４１０－０６ＳｔｕｄｙｏｎｓｅｇｍｅｎｔａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｒｏｄｄｒｉｖｅｍｅｃｈａｎｉｓｍＳＨＥＮＸｉａｏ－ｙａｏ（ＳｈａｎｇｈａｉＮｕｃｌｅａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｔａｔｅＮｕｃｌｅａｒＰｏｗｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃ
3、ｔ：Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌｒｏｄｄｒｉｖｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ（ＣＲＤＭ），ａｋｅｙｓａｆｅｔｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓ，ｓｅｃｕｒｅａｃｒｕｃｉａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｄｅｓｉｇｎ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｒｅｌｅｖａｎｔｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｃｉｒ－ｃｕｉｔｓａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｍｏｔｉｏｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｓｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｓｔａｇｅｓｂａｓｅｄｏｎｄｙｎａｍｉｃｌｉｆｔｉｎｇ
4、ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃ－ｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｅｑｕａｔｉｏｎｓａｒｅｄｅｄｕｃｅｄｆｏｒｅａｃｈｓｔａｇｅ．Ｂｙｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｔｈｅａｎａ－ｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｅｇｍｅｎｔａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｆＣＲＤＭａｒｅｓｏｌｖｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｕｃｈｔｉｍｅ－ｂａｓｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｓｔｈｅｃｏｉｌｃｕｒｒｅｎｔ，ｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅ，ｍａｇｎｅｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｖ
5、ｅｌｏｃｉｔｙａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎａｒｅｕｓｅｄｆｏｒｄｙ－ｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙａｔｔａｉｎｍｅｎｔａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｒｏｌｒｏｄｄｒｉｖｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｓｅｇｍｅｎｔａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ；ａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ控制棒驅(qū)動機構(gòu)（ＣＲＤＭ）是控制核反應堆反應性的關(guān)鍵設(shè)備，在核電廠各類工況下能否保持其應有的功能將直接關(guān)系到核電廠的可運行性和安全性．我國的控制棒驅(qū)動機構(gòu)基本上采
6、用磁力提升步躍式．通過磁力改變或保持控制棒在堆芯垂直方向上的高度，實現(xiàn)反應堆的啟停，并在反應堆正常運行中調(diào)節(jié)或維持堆芯的功率水平以及在事故工況下快速停堆．鑒于控制棒驅(qū)動機構(gòu)在核電廠中的重要作用，已有大量的工作研究、設(shè)計和計算控制棒驅(qū)動機構(gòu)的工作原理和工作特性．呂玲玲等［１］以及朱京昌等［２］采用磁路定理對控制棒驅(qū)動機構(gòu)進行了設(shè)計計算，以克服控制棒組件等的重力和摩擦力等阻力所需的電磁提升力為基礎(chǔ)，導出磁路總的磁動勢等，計算出所需的線圈匝數(shù)和電功率等設(shè)計參數(shù)，加以開展試驗驗證，該方法在控制棒驅(qū)動機構(gòu)的早期設(shè)計中發(fā)揮了重要作用，但該方法也有不足之處，只是
7、靜態(tài)計算，實際上，電磁機構(gòu)銜鐵的運動過程中只存在動態(tài)吸力而不存在靜態(tài)吸力，只有動態(tài)過程才能表征電磁系統(tǒng)動作時的真實過程．王赤虎等［３］采用商業(yè)有限元分析軟件ＡＮ－ＳＹＳ對控制棒驅(qū)動機構(gòu)的電磁場進行了分析，分別計算提升磁路、保持磁路和傳遞磁路等磁路的磁力線分作者簡介：沈小要（１９８０－），男，高級工程師，工學博士．Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｅｎｘｙ＠ｓｎｅｒｄｉ．ｃｏｍ．ｃｎｍａｇｎｅｔｉｃｌｏｏｐｏｆｔｈｅｌｉｆｔｉｎｇｃｏｉｌ第４期沈小要：控制棒驅(qū)動機構(gòu)的分段非線性動態(tài)特性４１１布、磁感應強度分布和銜鐵所受電磁力．本文從控制棒驅(qū)動機構(gòu)的理論模型出發(fā)，針對
8、控制棒驅(qū)動機構(gòu)的動態(tài)特性展開研究．首先推導了控制棒驅(qū)動機構(gòu)的磁路和電路方程，然后將動態(tài)過程分為３個階段，并分別建立每個階段
