設(shè)備冷卻水泵機(jī)組抗震鑒定試驗(yàn)研究

李琦　李朋洲　杜建勇　李天勇　孫磊

摘 要：NCP500/56型設(shè)備冷卻水泵機(jī)組用于1 000 MWe壓水堆核電站設(shè)備冷卻水系統(tǒng)。報告給出了設(shè)備冷卻水泵機(jī)組抗震鑒定試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)結(jié)果。通過設(shè)備的抗震試驗(yàn)測定其地震響應(yīng)，考核設(shè)備的剛度和強(qiáng)度等指標(biāo)，以驗(yàn)證設(shè)備在地震作用下和地震作用后的結(jié)構(gòu)完整性。通過試驗(yàn)過程中的記錄和試驗(yàn)后的檢查表明，設(shè)備在試驗(yàn)中及試驗(yàn)后結(jié)構(gòu)完整、功能完好。

關(guān)鍵詞：冷卻水泵機(jī)組 抗震試驗(yàn) 多頻波法

中圖分類號：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（c）-0073-03

核電站中的所有抗震I類設(shè)備均應(yīng)根據(jù)規(guī)范進(jìn)行抗震鑒定。現(xiàn)有的方法主要有試驗(yàn)法、分析法、分析與試驗(yàn)結(jié)合法、經(jīng)驗(yàn)反饋法等。當(dāng)分析不能夠合理而可信地證實(shí)抗震I類設(shè)備的結(jié)構(gòu)完整性和功能可運(yùn)行性時，就必須用試驗(yàn)法進(jìn)行鑒定。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)對象及裝置

NCP500/56型設(shè)備冷卻水泵為1 000 MWe壓水堆核電站設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（RRI）所使用的泵組。設(shè)備冷卻水泵為懸臂式、徑向剖分臥式離心泵，泵吸入口方位為水平軸向，排出口方位與吸入口方向垂直向上，并在同一豎直平面內(nèi)。

試驗(yàn)在中國核動力研究設(shè)計院地震臺上進(jìn)行。該地震臺的最大承載能力為60 t，最大加速度（滿載）分別為1 g和0.8 g，工作頻率范圍為0.1～100 Hz。

1.2 測試儀器和測點(diǎn)布置

抗震鑒定試驗(yàn)采用加速度計測量地震臺臺面和設(shè)備上的加速度，采用箔式應(yīng)變計和日本動態(tài)應(yīng)變儀測量應(yīng)變。數(shù)據(jù)采集采用DEWE 2010型數(shù)據(jù)采集儀。

試驗(yàn)中的測試量有加速度、應(yīng)變、流量、壓力等。分別在地震臺臺面、泵入口法蘭、泵出口法蘭、聯(lián)軸器、泵基座、電機(jī)頂部等位置布置加速度計來測量臺面和設(shè)備冷卻水泵機(jī)組的加速度信號。在泵支承薄弱部位等位置布置應(yīng)變計來測量應(yīng)變信號，采用流量計監(jiān)測泵組在試驗(yàn)過程中的流量，利用壓力計監(jiān)測泵組在實(shí)驗(yàn)過程中的運(yùn)行壓力。

1.3 試件安裝和功能檢查

試驗(yàn)前檢查設(shè)備外形結(jié)構(gòu)有無變形和破裂，在整體結(jié)構(gòu)完整的情況下將其安裝在地震臺上，連成圖1所示運(yùn)行回路系統(tǒng)。

試驗(yàn)前對設(shè)備冷卻水泵機(jī)組進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)，以證明其在地震試驗(yàn)前的可運(yùn)行性，并且對泵組進(jìn)行試驗(yàn)前的基本性能試驗(yàn)。

1.4 試驗(yàn)前動態(tài)特性探查試驗(yàn)

分別在3個正交軸向進(jìn)行激振，采用不大于0.2 g的正弦掃描激振信號，測量設(shè)備的固有頻率和阻尼比。掃描頻率為5～100 Hz，掃描速度為1倍頻程/分。

1.5 抗震性能試驗(yàn)

（1）地震載荷，按照規(guī)范的規(guī)定，抗震性能試驗(yàn)采用人工模擬加速度時程作為輸入波，一共要進(jìn)行5次OBE試驗(yàn)和1次SSE試驗(yàn)。試驗(yàn)中要求的樓板反應(yīng)譜RRS為福建福清核電廠3、4號機(jī)組核輔助廠房標(biāo)高+6.3 m的樓板反應(yīng)譜。用計算機(jī)生成OBE和SSE地震試驗(yàn)中所用的人工模擬加速度時程，該時程持續(xù)時間為30 s。計算該時程反應(yīng)譜的頻率間隔為0.1 Hz，3個方向之間的相關(guān)系數(shù)小于0.3，均滿足《核設(shè)備抗震鑒定試驗(yàn)指南》的要求。

（2）OBE和SSE地震試驗(yàn)，5次OBE和1次SSE地震試驗(yàn)每次試驗(yàn)時間均為30 s。在地震試驗(yàn)過程中，設(shè)備冷卻水泵機(jī)組要模擬運(yùn)行和操作，前3次OBE地震過程中機(jī)組處于正常運(yùn)行狀態(tài)。由于機(jī)組從啟動到運(yùn)行穩(wěn)定所需時間較長，故第4次OBE地震時，先啟動機(jī)組，在機(jī)組啟動15 s時，再輸入地震載荷。第5次OBE地震時，在OBE地震開始的同時啟動機(jī)組。SSE試驗(yàn)過程中設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

在每次地震過程中要對設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測，測量加速度和應(yīng)變。每次試驗(yàn)完成后檢查設(shè)備的結(jié)構(gòu)完整性，并進(jìn)行基本性能試驗(yàn)。

1.6 試驗(yàn)后動態(tài)特性探查試驗(yàn)

抗震試驗(yàn)完成后進(jìn)行試驗(yàn)后的動態(tài)特性探查試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 外形和功能檢查結(jié)果

試驗(yàn)前對設(shè)備進(jìn)行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)變形和損傷，結(jié)構(gòu)完整。泵組進(jìn)行了運(yùn)行試驗(yàn)和基本性能試驗(yàn)，運(yùn)行正常。

2.2 動態(tài)特性探查試驗(yàn)結(jié)果

圖2為試驗(yàn)前設(shè)備在X、Y、Z三個方向的響應(yīng)頻譜圖。試驗(yàn)前設(shè)備的基階頻率為36.95 Hz，阻尼比為7.16%。

2.3 地震試驗(yàn)結(jié)果

圖3為第一次OBE試驗(yàn)中X方向臺面加速度時程響應(yīng)譜對要求的加速度響應(yīng)譜的包絡(luò)情況，圖中TRS線為臺面實(shí)現(xiàn)的譜線，RRS線為要求的加速度響應(yīng)譜。

設(shè)備冷卻水泵機(jī)組樣機(jī)在地震試驗(yàn)中所測的加速度最大值為6.34 g，應(yīng)力最大值為33.91 MPa，臺面各個方向的加速度峰值均大于要求譜值的零周期值。

每次地震試驗(yàn)中機(jī)組運(yùn)行和啟動均正常。每次地震試驗(yàn)后，均進(jìn)行了基本性能試驗(yàn)，同時對設(shè)備冷卻水泵機(jī)組樣機(jī)進(jìn)行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)變形和損傷，結(jié)構(gòu)完整。

3 結(jié)論

中國核動力研究設(shè)計院核級設(shè)備鑒定中心遵照有關(guān)規(guī)范的要求，采用多頻波法在6 m×6 m地震模擬臺上完成了NCP500/56型設(shè)備冷卻水泵機(jī)組樣機(jī)的抗震鑒定試驗(yàn)，結(jié)論如下：（1）抗震鑒定試驗(yàn)中，地震臺輸入加速度載荷滿足試驗(yàn)大綱的要求，試驗(yàn)是有效的；（2）設(shè)備冷卻水泵機(jī)組樣機(jī)在抗震試驗(yàn)前、中、后均保持結(jié)構(gòu)完整，機(jī)械結(jié)構(gòu)無破損，整體結(jié)構(gòu)無可視的永久變形；（3）設(shè)備冷卻水泵機(jī)組樣機(jī)具有足夠的抗震強(qiáng)度；（4）設(shè)備冷卻水泵機(jī)組樣機(jī)在抗震試驗(yàn)前、中、后均能正常啟動和運(yùn)行；（5）設(shè)備冷卻水泵機(jī)組樣機(jī)在試驗(yàn)前、試驗(yàn)中、試驗(yàn)后的性能指標(biāo)均滿足要求。

綜上所述，NCP500/56型設(shè)備冷卻水泵機(jī)組樣機(jī)在規(guī)定的地震載荷條件下抗震鑒定合格。

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