2025届学位论文摘要

·2022级 李志妍   

论文标题：多元时间序列驱动的蒸汽隔离阀动作故障诊断研究

蒸汽隔离阀是核电站第三道安全屏障的关键隔离节点，在蒸汽管道破裂事故中，蒸汽隔离阀是防止放射性物质通过安全壳的最后一道工程屏障。随着核电技术的发展，安全被确立为四代核电的核心开发目标，蒸汽隔离阀作为保障核电安全的关键设备受到重视。尤其是更快的响应速度、更长的使用寿命等需求的出现，对蒸汽隔离阀的动作可靠性提出了更严苛的要求。因此，建立针对蒸汽隔离阀动作的在线诊断方法能够有效保障蒸汽隔离阀功能的正常执行，实现对蒸汽隔离阀的异常状态预警，提升其动作可靠性。

本文聚焦四代核电蒸汽隔离阀的动作性能及其典型故障开展相关研究。主要研究内容与成果如下：

（1）从蒸汽隔离阀基本工作原理的视角出发，采用多物理场耦合方法，以Simulink作为主控平台，结合ADAMS、AMESim软件进行联合仿真，开展了蒸汽隔离阀系统的模块化设计，降低了蒸汽隔离阀系统建模复杂度。在此基础上，进一步分析了蒸汽隔离阀的主要故障类型及故障原因，通过设置仿真模型故障模拟点，确定了蒸汽隔离阀的关键监测参数，构建了蒸汽隔离阀动作过程的多元时间序列数据集。

（2）针对已构建的蒸汽隔离阀动作过程数据集中涉及蒸汽隔离阀动作性能退化特征的多样性问题，提出分阶段检测框架；针对数据集中的点异常，采用多元线性回归方法，建立了蒸汽隔离阀关键动作参数的多元运行数据耦合模型；针对数据集中的子序列异常，提出了基于动态时间规整和弗雷歇距离的时间序列综合对齐相似性度量方法；通过模型验证，蒸汽隔离阀的动作故障异常检出率达86.05%，满足行业基准。

（3）基于蒸汽隔离阀的失效模式与影响分析（FMEA）框架，构建了蒸汽隔离阀故障树，建立了异常检测特征结果与故障树各级事件的映射关系，实现了故障事件的逐级定位，完成了多元时间序列驱动的蒸汽隔离阀的动作故障诊断；同时，采用RPN指标融合方法生成综合风险优先度参数，获取了蒸汽隔离阀不同事件的故障概率分布特征，提出了蒸汽隔离阀的状态评估体系。在此基础上，基于B/S架构开发了集成化的蒸汽隔离阀动作性能在线检测系统，实现了从数据采集到状态评估的全流程管理功能。

·2022级 张深哲   

论文标题：空化流动对O型球阀流致振动特性的影响研究

石化行业是国民经济的支柱性行业，0型球阀广泛应用于石化行业的水管路系统。随着石化行业重大项目建设的推进、技术改造力度的加大，石化装置运行效率提升，阀门的运行工况也愈发严苛。在大流量、高压差工况下，0型球间易产生空化流动，空化流动下的强烈脉动会导致剧烈的流致振动，造成阀门等管路元件的损伤，长期积累导致泄漏、调节失效、结构损坏等问题，严重危及水管路系统的安全性与稳定性。夯实安全发展基础、提升本质安全水平是“十四五”石化行业高质量发展的要点之一。因此，针对O型球阀空化流动下的流致振动特性开展研究并提出减小振动水平的安全技术指导十分迫切，对保障石化行业的安全稳定发展具有重要意义。

本文针对O型球阀空化流动下的壁面压力脉动特性及流致振动特性展开研究。主要工作和成果如下:

(1)构建了O型球阀流动特性参数稳态数值计算模型，设计搭建了流量系数试验台架，并开展了流量系数试验，获取了O型球阀的流量特性曲线并验证了数值计算模型的有效性。对临界空化系数进行计算分析，揭示了临界空化系数随开度的变化规律。

(2)基于 LES-WMLES 模型开展瞬态数值计算,获取了不同空化系数下壁面集中力、气相体积时域数据，通过时域和频域分析阐明了空化流动对压力脉动特性的影响规律。结果表明空化流动越强，气相体积脉动越强，从而导致集中力脉动能量也增强，并集中于300~800Hz频带.

(3)设计并搭建了具有隔绝阀外振动功能的O型球阀流致振动试验台架，开展了型球阀各开度不同工况下的流致振动试验，分析了阀门进出口压差和开度变化对空化流动及阀门流致振动的影响。结果表明空化流动会显著增大阀门的流致振动。结合临界工况系数与试验工况数据，提出了阀门空化流动下避振工况设置准则，确保阀门在较低振动水平下使用，避免造成损伤，从而提升水管路系统的安全性和稳定性。

·2022级 华霆锋

论文标题：偏心球阀弹性阀座密封面的应力腐蚀机理及评估方法研究

偏心球阀主要通过偏心阀球与弹性阀座相互挤压产生密封力，实现可靠密封，具有密封等级高、密封面精研难度低等优点，广泛应用于核电机组、化工系统和油气开采平台。然而，当偏心球阀处于腐蚀介质作用下时，易发生应力腐蚀，进而诱发泄漏事故。因此，对偏心球阀的弹性阀座密封面开展应力腐蚀机理研究，掌握由于应力腐蚀导致的缺陷的时序演变规律，构建应力腐蚀危害性评估方法，为偏心球阀设计和维修提供重要技术支撑。

本文聚焦偏心球阀的弹性阀座，开展了其密封面的应力腐蚀机理及危害性评估方法研究，主要研究内容如下：

（1）采用粗糙表面重构方法，建立了偏心球阀弹性阀座密封面的粗糙表面模型，通过接触分析，获取了间隙高度与密封力的关联关系，从接触变形后的粗糙表面模型中抽取泄漏通道模型，获得了泄漏率与间隙高度的关联关系，以间隙高度为中间量，获得了无应力腐蚀缺陷条件下基于密封力的泄漏率计算公式。通过与典型介质压差下试验数据进行对比，验证了计算公式的准确性。

（2）基于Gutman提出的机械-电化学协同理论，开展了偏心球阀弹性阀座密封面的应力腐蚀机理研究，建立了应力腐蚀稳态数值计算模型，分析了密封力对密封面应力腐蚀速率、阳极电流密度、腐蚀电位等的影响规律；引入法向移动速率，开展了应力腐蚀瞬态数值计算，获得阀座密封面应力腐蚀缺陷随时间扩展的数据集，探究了不同初始条件下应力腐蚀缺陷的演变规律。

（3）构建了弹性阀座密封面含缺陷的偏心球阀泄漏模型，获取了缺陷尺寸与缺陷引起的泄漏率的关联关系。缺陷引起的泄漏率叠加无应力腐蚀缺陷条件下的泄漏率，获得了偏心球阀总泄漏率计算公式，基于最大允许泄漏率阈值确定临界尺寸。基于应力腐蚀仿真数据，采用熵权法量化各影响因素的权重系数，构建了缺陷危害性评价体系，并通过多项式回归建立了应力腐蚀缺陷时变演化模型，推导了剩余寿命预测公式。基于危害性评分与剩余寿命构建了风险矩阵，将弹性阀座密封面的应力腐蚀风险划分为高、中、低三级，据此提出了分级维修策略。