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核电三维仿真系统虚拟现实解决方案

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珺妮 发表于 2020-9-11 17:02:18 | 显示全部楼层 |阅读模式


随着中国经济的飞速发展对能源需求的不断扩大,促使核电发电事业快速发展,中国的核电机组在未来五年的装机量将翻一番。而核电生产最重要的一个环节就是安全,安全培训、安全生产已经成为核电生产的前提要素。

本系统设计的核心理念是利用自主研发的三维工业仿真引擎系统针对于核电生产过程对安全生产、安全教育的需要而进行有针对性的系统开发,在对核发电厂内部需要进行管理和维护的设备进行三维建模的基础上,根据行业需要实现对关键操作设备和操作过程的三维仿真,实现在计算机上完成更加直观、逼真且具有互动性的操作及维护培训,从而实现对现有视频教材及模拟器培训方式进行补充,在降低成本的同时也将大幅提高培训和管理的效率。

换料仿真机
方案核心
核电三维虚拟现实仿真系统是以微型计算机作为工作平台,通过仿真数学模型模拟核电站物理、工艺和控制过程,以计算机图形界面作为人机界面的仿真系统。该实验系统可实现对核电站的运行、控制、管理、维护、状态监测、故障诊断等过程进行计算机模拟和仿真。
核电三维虚拟现实仿真系统借助虚拟现实技术,可实现对核电站机组、压力容器设备、蒸汽发生器设备、主泵设备、燃料组件等核电站关键设备构建一定设计比例的计算机三维虚拟模型。实验系统组成如下:
百万千瓦典型压水堆核电站虚拟漫游模型
(1) 厂房外漫游,包括建筑、核电站门等;(2) 核电站概貌,包括反应堆、常规岛、辅助厂房等周围环境建筑物,可环绕厂房进行漫游;(3) 核反应堆厂房漫游,主要巡视一回路主设备。包括反应堆大厅环吊、反应堆水池、反应堆(RCP00BA)、稳压器(RCP01BA)、卸压箱(RCP02BA)、三台主泵(RCP01-03PO)、三台蒸汽发生器(RCP01-03GV)、主管道及其他周边主要环境;(4) 其它厂房漫游,包括常规岛厂房和主控制室,常规岛厂房可以浏览汽轮机的外观结构和布局。主控制室进行主控制台的外观浏览。

电站设备检修系统
百万千瓦典型压水堆反应堆组件虚拟模型
(1)反应堆组件结构浏览:含压力容器及进出水口、燃料组件、控制棒驱动机构外形、堆内构件、堆内支撑板、下部测量仪表套管等;(2)设备属性信息查询;(3)物体操作,含选择、移动、隐藏。
百万千瓦典型压水堆核电站关键设备虚拟模型
(1)虚拟蒸汽发生器模拟设备内部结构范围包括:蒸汽发生器筒体、下水室、管板、传热管及支撑板、汽水分离器、干燥器等。用户可以通过该软件了解设备结构和零部件布局;(2)虚拟反应堆冷却剂泵(主泵)以核电站的设备数据为基础,包括两个部分:主泵虚拟设备浏览和三级密封的原理性拆装。本模型还可以查询设备零部件的属性信息,操作流程窗口显示当前进行的操作步骤。
百万千瓦典型压水堆核电站换料过程虚拟模型
(1)厂房结构及部分设备布局浏览,含核岛厂房和燃料厂房;(2)设备操作过程模拟,含环吊、换料机、倾翻机、燃料厂房行吊;(3)压力容器顶盖开盖过程模拟,含文字图片说明及过程操作模拟;(4)换料过程仿真,含文字图片说明及过程操作模拟。
百万千瓦典型压水堆核电站主泵装配虚拟模型
(1) 主泵拆卸过程;(2) 主泵装配过程;(3) 主泵零件信息查询;(4) 主泵结构浏览。

重要设备操作培训
压水堆驱动机构虚拟模型
真实反映模拟设备内部结构及各部分组成,用户可任意角度浏览设备结构,还可对零部件属性信息进行查询、零部件的单独演示、工程图关联调用等操作。同时模拟控制棒驱动机构的提棒和插棒的详细机构运动,支持屏幕截屏和视频录制。
重水堆蒸汽发生器虚拟模型
(1) 重水堆蒸汽发生器三维结构浏览;(2) 零部件信息查询功能:可查询零件的名称、图纸编号、材料等信息;(3) 反向查询功能:可按零件名称、图纸编号、材料等属性信息,查询符合条件的零件,并可定位该零件;(4) 路径编辑功能:可设置若干关键点,定义并运行路径,可定义5 个路径;(5) 动画录制功能:可将动画录制成.avi 格式文件。
系统组成
整个虚拟现实软件系统通过Unity或Virtools等虚拟现实应用开发引擎定制开发,采用立体投影系统、头戴式显示器、立体显示等显示系统呈现核电站厂房反应堆、蒸汽发生器、主泵等核设备及演示操作过程,使操作人员有身临其境的感觉,采用3D鼠标数据手套可对虚拟设备进行“拆解”和“安装”,实现操作人员对虚拟现实环境中设备的操作。
轻点鼠标(或采用数据手套),可以对感兴趣的设备进行“拆解”,了解其内部结构,还可将其重新装配,了解设备的装配过程,
作为核科学与虚拟仿真领域的“排头兵”,核电三维虚拟现实仿真系统依托先进的计算机技术、仿真建模技术和虚拟现实技术,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,让学生可以在虚拟环境中开展实验,进行传统实验室难以涉及的高危或极端环境实验,并能节约大量资源,避免实验台架规模有限、设备运行维护费用高、不能同时兼顾教学和科研,涉核系统和设备不宜参观等问题。学生通过仿真模拟的系统来了解整个系统的原理、组成、相互间关系、运行参数变化、设备间动态响应等,加深对所学知识的理解。
应用领域
系统所面对的行业领域为核电领域,替代传统二维及视频监控和培训技术,利用计算机三维VR技术结合传感器数据通讯技术在三维可视化环境内实现设备的仿真操作与维护。从而对那些高温、高压、放射、有毒、深埋、内置不可见的关键设备实现直观的模拟操作。利用三维VR仿真技术可以模拟各种事故和异常情况发生的状态的发生及对此种事故处理的操作方案、人员逃生方案等,从而实现低成本的模拟和演练。

黑皮小飞侠 发表于 2020-10-12 11:27:30 | 显示全部楼层
像核电这种危险环境中,采用VR技术很有用处
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