何得「核能」，安全之重

我國是世界上第7個能自主設(shè)計和建造核電站的國家，近年來我國核能設(shè)備國產(chǎn)化率逐步提高，核電站建設(shè)國產(chǎn)化率已接近90%。不過，我國核電裝備制造業(yè)起步較晚，整體實(shí)力不強(qiáng)，與國外先進(jìn)技術(shù)相比仍有一定差距。

由于核電安全的特殊性，與其他行業(yè)的機(jī)械裝備相比，核電裝備要求必須有高的設(shè)計質(zhì)量來確保核電的安全性。同時，又由于核電裝備作業(yè)環(huán)境的特殊性，新設(shè)計的產(chǎn)品很難進(jìn)行充分的試驗驗證。如果在產(chǎn)品研發(fā)過程中有設(shè)計問題沒有被發(fā)現(xiàn)，或者新設(shè)計的核電裝備無法滿足核電站的作業(yè)環(huán)境，就可能無法保證機(jī)械裝備的安全運(yùn)行，甚至造成嚴(yán)重的核安全事故。

挑戰(zhàn)重重，何去何從？

對于具有動態(tài)性能的核電裝備，在運(yùn)行過程中，其運(yùn)行姿態(tài)不斷改變，并受到變化的負(fù)載作用，更容易產(chǎn)生運(yùn)行安全問題。而且，該產(chǎn)品通常還需要和其他核電部件或系統(tǒng)進(jìn)行交互作用，其運(yùn)行性能和所處的核電環(huán)境密切相關(guān)，更加大了其安全運(yùn)行的難度。

因此，除了驗證該產(chǎn)品本身的性能外，還必須在真實(shí)的核電環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)級分析，以保證其運(yùn)行的安全性和可靠性。對于智能化核電裝備，是由產(chǎn)品的控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)緊密配合完成功能，因此需要驗證并確?？刂葡到y(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)保持一致性。這些都為核電設(shè)備新產(chǎn)品的設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)。比如，下面這些問題該如何解決呢？

01

翻轉(zhuǎn)裝置是核燃料組件放置狀態(tài)改變的重要保障工具，應(yīng)用在核燃料組件制造、運(yùn)輸和使用過程中。為了實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)裝置自動翻轉(zhuǎn)、自動檢測定位、自動升降工作臺等功能。該如何設(shè)計這個新的產(chǎn)品，使這個裝備具有多種功能、能適合于不同運(yùn)行場合、且操作簡便？

02

通風(fēng)隔離閥主要應(yīng)用于核電站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，其傳動系統(tǒng)傳遞的運(yùn)動是否精確決定了閥板關(guān)閉密封性能和自鎖性能的好壞。如何評估和提高通風(fēng)隔離閥傳動系統(tǒng)的運(yùn)動可靠性,以確定科學(xué)合理的設(shè)計加工和維護(hù)方案？

03

核電站用環(huán)行橋式起重機(jī)（簡稱核環(huán)吊），是核電站建設(shè)和運(yùn)行過程中必不可少的起重運(yùn)輸裝備。由于其特殊的使用環(huán)境，該起重機(jī)運(yùn)行過程中的安全性與定位準(zhǔn)確性是核環(huán)吊作業(yè)的首要考慮因素。那么，如何才能保證在產(chǎn)品設(shè)計過程中實(shí)現(xiàn)對被吊物的精確定位呢？

04

福島核事故的發(fā)生以后，核電站應(yīng)急及救援機(jī)器人得到了快速發(fā)展。采用機(jī)器人進(jìn)行設(shè)備檢修、放射性廢物處理、應(yīng)急響應(yīng)等工作，一方面可降低用于人工防護(hù)設(shè)備的成本及管理成本，另一方面也可降低工作人員受輻照劑量和勞動強(qiáng)度。如何設(shè)計核電機(jī)器人，使其滿足高移動性、高可靠性、高適應(yīng)性、高準(zhǔn)確性？

超越傳統(tǒng)，「仿真」驅(qū)動

面對這些設(shè)計挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)無法滿足核電裝備產(chǎn)品設(shè)計要求。采用新型的“仿真驅(qū)動設(shè)計”研發(fā)流程，在產(chǎn)品設(shè)計階段，通過專業(yè)的仿真技術(shù)，考慮真實(shí)的產(chǎn)品運(yùn)行場景，模擬產(chǎn)品在實(shí)際工作狀態(tài)下狀態(tài)，分析其動態(tài)性能、機(jī)控耦合性能、所受載荷等參數(shù)，驗證所設(shè)計的核電裝備是否能完全滿足設(shè)計要求，確保產(chǎn)品投產(chǎn)后可以安全、可靠、準(zhǔn)確地運(yùn)行。

圖1：核電機(jī)器人“仿真驅(qū)動設(shè)計”流程圖

達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA Simpack軟件是專家級機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)/動力學(xué)仿真分析軟件，能用來仿真模擬核電裝備中任何的機(jī)械/機(jī)電系統(tǒng)，從僅僅只有幾個自由度的簡單系統(tǒng)到復(fù)雜機(jī)電控制系統(tǒng)，都能利用SIMULIA Simpack軟件進(jìn)行模擬仿真。SIMULIA Simpack軟件能應(yīng)用在核電裝備概念設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、試驗研究、故障診斷以及產(chǎn)品維護(hù)的全生命周期內(nèi)。

達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA Simpack軟件提供以下功能，用來提升核電裝備設(shè)計質(zhì)量，確保安全運(yùn)行。

在產(chǎn)品設(shè)計初期階段，不需要詳細(xì)的幾何模型，就能分析核電裝備產(chǎn)品設(shè)計方案的可行性以及存在的問題；

為有限元分析提供精確的動態(tài)載荷數(shù)據(jù)，使其得到更接近實(shí)際的剛強(qiáng)度和疲勞壽命分析結(jié)果；

建立準(zhǔn)確的核電裝備機(jī)械系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)與控制系統(tǒng)一體化分析，驗證控制系統(tǒng)性能；

建立真實(shí)的仿真場景，在實(shí)際工況下對機(jī)械裝備進(jìn)行虛擬測試，驗證其性能并能用于指導(dǎo)實(shí)際運(yùn)行過程；

通過建立參數(shù)化模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，評估各個參數(shù)之間的相互關(guān)系，得到最優(yōu)化結(jié)果，提升設(shè)計質(zhì)量。

達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA Simpack軟件迄今已在多個行業(yè)得到應(yīng)用，客戶包括德國宇航局（DLR）、法國賽峰（SAFRAN）、GE能源集團(tuán)、中國航天一院、沈陽飛機(jī)設(shè)計研究所等行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)，為客戶的新產(chǎn)品研發(fā)提供了強(qiáng)大的分析和驗證，確保新產(chǎn)品設(shè)計“一次成功”，在多種工況下安全可靠地運(yùn)行。

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來源：核電那些事