核電站取消阻尼器支架的優(yōu)化設(shè)計研究

武曉航　楊鑫焱

【摘 要】阻尼器支架是關(guān)系到核電廠管道設(shè)備安全運(yùn)行的重要支吊架類型，阻尼器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本很高，隨著抗震設(shè)計規(guī)范的升版，反應(yīng)譜法有了進(jìn)一步的優(yōu)化。論文以某核電廠安全注入系統(tǒng)的管道力學(xué)計算為例，介紹通過應(yīng)用不同的反應(yīng)譜計算方法，對管道系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力分析，并對阻尼器支架的設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，計算結(jié)果表明，通過使用新版RG1.61規(guī)范的計算方法，能夠取消部分阻尼器支架。

【Abstract】Damper support is an important support hanger type for nuclear power plant pipeline equipment safety operation. The structure of damper is complex， and the cost is very high. With the upgrade of seismic design standard， the response spectrum method has been further optimized. This paper takes the pipeline mechanics calculation of a nuclear power plant safety injection system as an example， the stress analysis of the pipeline system is carried out by applying different response spectrum calculation methods， and the optimal design of the damper support is carried out. The calculation results show that： by using the new version of the RG1.61 standard calculation method， some damper brackets can be cancelled.

【關(guān)鍵詞】阻尼器；抗震；反應(yīng)譜

【Keywords】damper； anti-seismic； response spectrum

【中圖分類號】TM11 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0167-02

1 引言

阻尼器是關(guān)系到核電管道設(shè)備安全的重要支吊架類型。其主要功能是防止管道和設(shè)備在受到地震及其他偶然性動態(tài)載荷時被動態(tài)載荷破壞，在由于溫度效應(yīng)引起的管道位移下，阻尼器支架不發(fā)生作用，當(dāng)發(fā)生地震、管道破裂、安全閥開啟、水錘等工況時，阻尼器支架作為剛性約束保護(hù)管道或設(shè)備的安全。

阻尼器根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可以分為機(jī)型阻尼器和液壓阻尼器，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于核電廠使用的阻尼器對其結(jié)構(gòu)的可靠性有很高的要求，需要進(jìn)行后期維護(hù)，因此十分昂貴，在電站的初步設(shè)計中，為考慮成本，盡量調(diào)整通過管道或者支吊架的布置保證管道系統(tǒng)和設(shè)備的安全，減少不必要的阻尼器的使用。

2 反應(yīng)譜法

在管道的抗震計算中，一般有等效靜力法，反應(yīng)譜法和時程分析法[1]。等效靜力法適用于剛性部件，其固有頻率要高于截斷頻率；時程分析法能夠準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)的動態(tài)效應(yīng)，多用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及一些需要考慮非線性問題的結(jié)構(gòu)，計算耗時長，對計算機(jī)要求較高。反應(yīng)譜法方法簡單，是核電管道系統(tǒng)及設(shè)備抗震計算的主要計算方法。

對于多自由度系統(tǒng)的地震效應(yīng)，通過振型疊加的方法，先得到各個振型的響應(yīng)，再通過組合方法得到疊加的總的效應(yīng)。

3 核電管道計算模型

安全注入系統(tǒng)屬于核電站專設(shè)安全設(shè)施，在發(fā)生事故時提供堆芯應(yīng)急冷卻，該段管道位于反應(yīng)堆安全殼外部，與貫穿件相連。

該段管系中設(shè)置有4個阻尼器，其中431點(diǎn)跟433點(diǎn)處阻尼器（編號為SNU.607）為并列阻尼，阻尼器的剛度均為3120N/mm；其余260點(diǎn)（編號為SNU.614）和75點(diǎn)（編號為SNU.608）的剛度為12500 N/mm。

4 抗震計算分析

采用反應(yīng)譜法對該段管道進(jìn)行抗震計算，首先需要選擇合適的反應(yīng)譜。核電項目中，根據(jù)上游結(jié)構(gòu)專業(yè)提供的不同筏基，不同標(biāo)高的反應(yīng)譜，計算人員需要根據(jù)管道所在位置和管道系統(tǒng)支撐處的標(biāo)高選擇正確的反應(yīng)譜。如果管道位于同一筏基上，選擇該筏基上的樓層反應(yīng)譜，管道處于不同筏基上，則需要使用不同筏基反應(yīng)譜的包絡(luò)值。本例中計算管道跨越反應(yīng)堆安全殼和電氣廠房，管道最高處標(biāo)高為-1.2m，因此選擇反應(yīng)堆安全殼-0.59m和電氣廠房0m標(biāo)高的反應(yīng)譜，以下通過3種不同的反應(yīng)譜方案進(jìn)行計算。

4.1 使用阻尼比2%的反應(yīng)譜

計算采用阻尼比為2%的反應(yīng)堆安全殼-0.59m和電氣廠房0m標(biāo)高的反應(yīng)譜的包絡(luò)譜。

4.2 使用阻尼比3%和4%的反應(yīng)譜

根據(jù)RG1.61（2007版）的規(guī)定[2]，在管道進(jìn)行時程分析法，反應(yīng)譜法，及等效靜力法進(jìn)行抗震計算時，可以使用3%（OBE地震）和4%（SSE地震）。

4.3 使用變阻尼譜

根據(jù)RG1.61（2007版）的規(guī)定，可以使用變阻尼譜進(jìn)行管道的抗震計算，變阻尼譜指低頻階段（0～10HZ）使用5%阻尼的反應(yīng)譜，高頻階段（20HZ以上）使用2%阻尼的反應(yīng)譜，中間頻率可通過2%和5%阻尼的反應(yīng)譜插值得到，使用3.2或者3.3節(jié)的阻尼比的反應(yīng)譜，能夠明顯降低阻尼器支架的載荷，在使用3.2節(jié)使用3%（4%）阻尼比或者使用3.3節(jié)變阻尼比反應(yīng)譜時，可以取消編號為SNU.607（1）和SNU.607（2）兩個阻尼器支架，取消后剩余兩個阻尼器支架的載荷相比使用2%阻尼比的反應(yīng)譜計算載荷并無增大。因此，在今后次段管道設(shè)計時，可以取消上述的2個阻尼器。

5 結(jié)語

當(dāng)前抗震計算的相關(guān)規(guī)范中，管道計算有著很大的保守性，隨著如RG 1.61等規(guī)范升版，使用最新的規(guī)范的要求進(jìn)行核電管道的抗震計算，在能夠滿足安全性要求的前提下，可以對管道和支吊架的布置進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

【1】臧晶晶.核電廠管道系統(tǒng)抗震分析[D].北京：中國石油大學(xué)，2013.

【2】U.S.NUCLEAR REGULATORY COMMISSION REGULATORY GUIDE 1.61，2007，Rev.1[S].