淺析CPR1000核電廠防甩裝置安全性試驗(yàn)設(shè)計(jì)

梁玉波（江蘇電力裝備有限公司，江蘇 常州 213012）

淺析CPR1000核電廠防甩裝置安全性試驗(yàn)設(shè)計(jì)

梁玉波
（江蘇電力裝備有限公司，江蘇 常州 213012）

通過本文的防甩裝置安全性試驗(yàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證CPR1000核電廠防甩裝置的安全性；獲取實(shí)測(cè)的U-bolt沖擊試驗(yàn)和材料動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)有甩擊力計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證與改進(jìn)，為設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)；有助于實(shí)現(xiàn)核島防甩裝置的國產(chǎn)化。

核電廠；防甩裝置；安全性試驗(yàn)

1　引言

核電廠高能管道在運(yùn)行期間會(huì)有壓力的脈動(dòng)和過高的壓力出現(xiàn)，使管道材料機(jī)械性能降低，從而可能引起管道破裂。管道突然破裂，泄露的高壓流體會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生很大的橫向力，在噴射力的作用下，破裂的管道會(huì)產(chǎn)生很高的橫向速度，并使管道繞著管道上的一個(gè)局部變形區(qū)作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即管道甩動(dòng)現(xiàn)象，破裂的管道會(huì)打到其他管道、設(shè)備或儀表上，造成這些器件的破壞，從而加劇事故的嚴(yán)重性，造成連鎖式的危害。為了減輕管道破裂產(chǎn)生的后果，需要對(duì)管道破裂后的甩動(dòng)規(guī)律進(jìn)行認(rèn)真研究，并設(shè)置相應(yīng)的防護(hù)措施，盡量減少可能的破壞。

為了驗(yàn)證驗(yàn)證CPR1000核電廠防甩裝置的安全性，對(duì)防甩裝置（以下簡稱U-bolt）進(jìn)行沖擊試驗(yàn)、材料動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真模擬，以獲取實(shí)測(cè)的U-bolt沖擊試驗(yàn)和材料動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)有甩擊力計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證與改進(jìn)，為設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)，同時(shí)也將有助于實(shí)現(xiàn)核島防甩裝置的國產(chǎn)化。

2　試驗(yàn)設(shè)備和儀器

2.1電子萬能試驗(yàn)機(jī)

低應(yīng)變率拉伸試驗(yàn)使用電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。該電子萬能試驗(yàn)機(jī)型號(hào)為DDL50，由長春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司制造，可實(shí)現(xiàn)0～500 mm/min的加載速度，最高載荷達(dá)50 kN，主要包括加載試驗(yàn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。配置不同夾具，可用于金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料性能的拉伸、雙向拉伸、壓縮、剪切、壓彎、扭轉(zhuǎn)、剪切、剝離、撕裂以及應(yīng)力、應(yīng)變控制試驗(yàn)等。同時(shí)和試驗(yàn)機(jī)廠家合作開發(fā)，將試驗(yàn)室非接觸圖像采集系統(tǒng)集成于一體，提高了試驗(yàn)中變形測(cè)量精度。

2.2中應(yīng)變率液壓伺服材料試驗(yàn)機(jī)

中應(yīng)變率拉伸試驗(yàn)使用中應(yīng)變率液壓伺服材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。該試驗(yàn)設(shè)備由試驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)，采用了液壓動(dòng)力系統(tǒng)，可以在試驗(yàn)過程中提供穩(wěn)定的動(dòng)力輸入，通過設(shè)計(jì)不同尺寸的試件，中應(yīng)變率材料試驗(yàn)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)汽車碰撞模擬中重點(diǎn)關(guān)注的1～500 /s應(yīng)變率范圍的材料拉伸試驗(yàn)，同時(shí)設(shè)計(jì)不同夾具，在該設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了材料的剪切、壓縮、彎曲、穿孔等試驗(yàn)。

3　CPR1000核電廠防甩裝置安全性試驗(yàn)安排

CPR1000核電廠防甩裝置的安全性試驗(yàn)內(nèi)容包括3種不同的U-bolt進(jìn)行沖擊試驗(yàn)、材料拉伸試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真模擬。

3.1沖擊試驗(yàn)

對(duì)3種不同結(jié)構(gòu)的U-bolt，包括有護(hù)板和無護(hù)板情況，在指定的能量下進(jìn)行臺(tái)車動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)。其中對(duì)U-bolt-1進(jìn)行10次有效的臺(tái)車動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)，對(duì)U-bolt-2和U-bolt-3各進(jìn)行4次有效的臺(tái)車動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)。

3.2材料拉伸試驗(yàn)

主要包括：臺(tái)車動(dòng)態(tài)沖擊后靜態(tài)拉伸試驗(yàn)、：在沖擊試驗(yàn)結(jié)束后，選取試驗(yàn)后為斷裂并且無護(hù)板的U-bolt進(jìn)行靜態(tài)拉伸試驗(yàn)。其中對(duì)U-bolt-1進(jìn)行7次有效的臺(tái)車動(dòng)態(tài)試驗(yàn)后的靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，對(duì)U-bolt-2和U-bolt-3分別進(jìn)行3次有效的臺(tái)車動(dòng)態(tài)試驗(yàn)后的靜態(tài)拉伸試驗(yàn)。

4　CPR1000核電廠防甩裝置安全性試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

4.1U-bolt靜態(tài)拉伸試驗(yàn)

進(jìn)行U-bolt靜態(tài)拉伸試驗(yàn)是為了找到U-bolt結(jié)構(gòu)上的薄弱處。進(jìn)行U-bolt靜態(tài)拉伸試驗(yàn)需要針對(duì)3種U-bolt結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行夾具的設(shè)計(jì)，由于U-bolt本身尺寸較大，需提前確定萬能試驗(yàn)機(jī)是否能夠完成U-bolt靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，如不能需要更換行程更大的試驗(yàn)儀器設(shè)備。

在U-bolt靜態(tài)拉伸試驗(yàn)過程中，萬能試驗(yàn)機(jī)自身能夠采集加載力、加載時(shí)間和位移信息。此外，在合適的條件下可以在U-bolt結(jié)構(gòu)的弧頂、圓弧與直管相交處和直管底端分別粘貼應(yīng)變片，測(cè)量靜態(tài)拉伸過程中U-bolt各處的應(yīng)變信息。試驗(yàn)流程如下：

（1）安裝夾具；

（2）對(duì)試件進(jìn)行編號(hào)，粘貼應(yīng)變片，拍照；

（3）根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)，測(cè)量試驗(yàn)室內(nèi)溫度、濕度；

（4）裝夾試件，并檢查；

（5）操作試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行拉伸，同時(shí)完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集；

（6）保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

（7）拆卸試件，拍照，準(zhǔn)備下一次試驗(yàn)。

4.2U-bolt動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)

U-bolt動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)主要模擬實(shí)際管道破裂后對(duì)U-bolt的沖擊，檢驗(yàn)U-bolt的吸能。試驗(yàn)中通過調(diào)整臺(tái)車速度和質(zhì)量使臺(tái)車以試驗(yàn)規(guī)定的能量撞擊U-bolt，在碰撞過程中忽略摩擦、U-bolt安裝支架變形等引起的能量損耗，認(rèn)為臺(tái)車的全部動(dòng)能均由U-bolt變形吸收。

試驗(yàn)過程中需要根據(jù)3種不同的U-bolt結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安裝支架，并設(shè)計(jì)臺(tái)車的碰撞頭。之后進(jìn)行試撞，根據(jù)試裝結(jié)果檢驗(yàn)試驗(yàn)中設(shè)置的撞擊能量的合理性，并進(jìn)行調(diào)整。試驗(yàn)中在臺(tái)車上安裝2-3個(gè)加速度傳感器，采集臺(tái)車加速度信號(hào)，在合適的條件下可以在U-bolt結(jié)構(gòu)的弧頂、圓弧與直管相交處和直管底端分別粘貼應(yīng)變片，測(cè)量動(dòng)態(tài)沖擊過程中U-bolt各處的應(yīng)變信息。試驗(yàn)中U-bolt水平放置，臺(tái)車前安裝豎管與其碰撞。

5　結(jié)語

核電廠防甩裝置安全性試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，防甩擊結(jié)構(gòu)在CPR1000壓水堆核電站中占有非常重要的地位，因此只有對(duì)其內(nèi)部及外部與公共安全相關(guān)的因素進(jìn)行全面的評(píng)估，最終使得核安全的風(fēng)險(xiǎn)大大降低。本文論述了核電站防甩裝置性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試規(guī)范，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)過程，為核電站防甩裝置性能測(cè)試提供依據(jù)。

［1］Brock D.工程斷裂力學(xué)基礎(chǔ)［M］.王克仁等譯.北京:科學(xué)出版社，1980.

［2］馮奕敏，周雷靖.核電站常規(guī)島內(nèi)防甩擊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡介［J］.建筑設(shè)計(jì)，2009（11）:17-18.

［3］彭雪平，周玉.核電站常規(guī)島防甩裝置動(dòng)力荷載分析［J］.廣東土木與建筑，2010（09）:15-17.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.144

梁玉波（1980-），男，遼寧建平人，工程師，江蘇電力裝備有限公司設(shè)計(jì)人員。