美國(guó)小型模塊化壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件流致振動(dòng)分析方法研究

劉 銳，孫樹(shù)海，劉宇生，吳彥農(nóng)

（生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心，北京 100082）

為充分發(fā)揮核能的低碳優(yōu)勢(shì)，目前中、美、俄、法、阿、韓等國(guó)推出了70 多種小型模塊化反應(yīng)堆設(shè)計(jì)方案，其中約一半為壓水堆。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）定義的小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）單堆電功率低于300 MW［1］。小型模塊化壓水堆多采用一體化結(jié)構(gòu)，相對(duì)于傳統(tǒng)大堆具有許多優(yōu)勢(shì)，例如較小的占地面積，能夠選址在大型核電站不可能的地點(diǎn)等，可作為單模塊或多模塊部署，滿(mǎn)足更廣泛用戶(hù)和靈活發(fā)電需求等。但一體化的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致小型模塊化壓水堆的布置、設(shè)計(jì)、尺寸或運(yùn)行條件與傳統(tǒng)大堆相比存在顯著差異，堆內(nèi)流場(chǎng)和堆內(nèi)構(gòu)件載荷發(fā)生了較大的變化，且在設(shè)計(jì)上普遍缺少有效的原型參考。

流致振動(dòng)（FIV）是反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的重要問(wèn)題，不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可能使堆內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞損傷或連接件發(fā)生松動(dòng)或磨損，為核電廠(chǎng)的安全埋下隱患［2-3］。參考文獻(xiàn)［4］列舉了多起典型的流致振動(dòng)失效案例，這些失效案例迫使電廠(chǎng)計(jì)劃外停堆或機(jī)組降功率運(yùn)行，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)損失?！逗藙?dòng)力廠(chǎng)設(shè)計(jì)安全規(guī)定》（HAF 102-2016）［5］對(duì)安全重要物項(xiàng)的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)提出了原則性要求。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范《壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件模型流致振動(dòng)試驗(yàn)》（EJ/T 1210-2006）［6］和《壓水堆核電廠(chǎng)堆內(nèi)構(gòu)件模型流致振動(dòng)試驗(yàn)》（NB/T 20592-2021）［7］規(guī)定了壓水堆核電廠(chǎng)堆內(nèi)構(gòu)件模型流致振動(dòng)試驗(yàn)的模型設(shè)計(jì)、試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)結(jié)果分析等基本要求，適用于傳統(tǒng)壓水堆核電廠(chǎng)堆內(nèi)構(gòu)件模型流致振動(dòng)試驗(yàn)，并不完全滿(mǎn)足于SMR 的特殊要求。

為有利于小型模塊化壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件綜合振動(dòng)評(píng)價(jià)大綱的審評(píng)工作，明確小型模塊化壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件綜合振動(dòng)評(píng)價(jià)的范圍和要求，本文研究了美國(guó)小型模塊化壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件流致振動(dòng)評(píng)價(jià)方法，總結(jié)了第4 版R.G.1.20［8］針對(duì)小型模塊化反應(yīng)堆增補(bǔ)的主要內(nèi)容，包括對(duì)綜合振動(dòng)評(píng)價(jià)范圍的要求、對(duì)綜合振動(dòng)評(píng)價(jià)潛在激勵(lì)機(jī)制的要求、控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要考慮的特殊要求和主泵需要考慮的特殊要求。通過(guò)典型小型模塊化壓水堆流致振動(dòng)分析案例說(shuō)明第4 版R.G.1.20 的重要意義。

1 流致振動(dòng)監(jiān)管要求

為了保證小型模塊化壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)的完整性，設(shè)計(jì)單位需要開(kāi)發(fā)針對(duì)SMR 的堆內(nèi)構(gòu)件綜合振動(dòng)評(píng)估大綱（CVAP）。第4 版R.G.1.20 規(guī)定的CVAP 由三個(gè)子方案組成。該方案包括：

（1）分析大綱

分析大綱采用理論分析方法來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的固有頻率、模態(tài)振型和對(duì)各種流動(dòng)激勵(lì)源的響應(yīng)。

（2）測(cè)量大綱

測(cè)量大綱包括原型試驗(yàn)，用于驗(yàn)證分析程序的輸入、結(jié)果和安全邊界，如果發(fā)現(xiàn)分析程序和測(cè)量大綱之間存在差異，則進(jìn)行調(diào)整。

（3）檢查大綱

檢查大綱包括在初始啟動(dòng)試驗(yàn)之前和之后對(duì)適用的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，以確認(rèn)易受影響結(jié)構(gòu)的振動(dòng)行為是可接受的。

2 第4 版R.G.1.20 對(duì)SMR 的特殊要求

美國(guó)核管會(huì)管理導(dǎo)則R.G.1.20《預(yù)運(yùn)行和首次啟動(dòng)試驗(yàn)堆內(nèi)構(gòu)件綜合振動(dòng)評(píng)估大綱》迄今已經(jīng)升級(jí)了5 個(gè)版本，最新的第4 版R.G.1.20（2017 版）與第3 版R.G.1.20 相比，擴(kuò)展了沸水堆和壓水堆的堆內(nèi)構(gòu)件流致振動(dòng)（FIV）、聲共振（AR）、聲致振動(dòng)（AIV）和機(jī)械誘發(fā)振動(dòng)（MIV）相關(guān)的指南，并且首次增加了對(duì)SMR 堆內(nèi)構(gòu)件的特殊關(guān)注。

2.1 對(duì)SMR 綜合振動(dòng)評(píng)價(jià)范圍的增補(bǔ)

傳統(tǒng)大堆的反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件一般包括壓力容器內(nèi)的堆芯支承結(jié)構(gòu)和其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通常按照ASME 第Ⅲ卷NG 篇進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。小型模塊化壓水堆的堆內(nèi)構(gòu)件與大堆有顯著差異，根據(jù)具體設(shè)計(jì)，可能還包括以下部件：

（1）反應(yīng)堆冷卻劑泵；

（2）蒸汽發(fā)生器；

（3）穩(wěn)壓器；

（4）控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

（5）給水管線(xiàn)；

（6）其他結(jié)構(gòu)（如NuScale 反應(yīng)堆的立管）。

雖然這些部件不被歸類(lèi)為傳統(tǒng)意義上的反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件，但是因位于壓力容器內(nèi)，仍需按堆內(nèi)構(gòu)件要求進(jìn)行綜合振動(dòng)評(píng)價(jià)。

2.2 對(duì)SMR 潛在激勵(lì)機(jī)制要求的增補(bǔ)

作為CVAP 的一部分，第4 版R.G.1.20 規(guī)定應(yīng)分析可能影響小型模塊化壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件振動(dòng)的潛在激勵(lì)機(jī)制，包括流致振動(dòng)、聲共振、聲致振動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)。

2.2.1 流致振動(dòng)

振動(dòng)機(jī)制包括湍流抖振、旋渦脫落和流體彈性不穩(wěn)定性。橫流引起結(jié)構(gòu)的流致振動(dòng)可以發(fā)生在垂直于流體流動(dòng)方向或平行于流體流動(dòng)方向上。到目前為止，由旋渦脫落和流體彈性不穩(wěn)定性引起的部件流致振動(dòng)的預(yù)測(cè)分析和試驗(yàn)主要集中在垂直于流體方向。然而，核電廠(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)表明，熱電偶套管失效是由于旋渦脫落引起的平行于流體方向的振動(dòng)。因此，開(kāi)發(fā)的綜合振動(dòng)評(píng)價(jià)應(yīng)包括由于流體彈性不穩(wěn)定性和渦流脫落可能產(chǎn)生的平行于流體方向的振動(dòng)。雖然示例沒(méi)有特指小型模塊化壓水堆，但可作為指導(dǎo)在評(píng)價(jià)小型模塊化壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件潛在流致振動(dòng)問(wèn)題時(shí)考慮。

2.2.2 聲共振

聲共振在中空或空腔內(nèi)的單相環(huán)境中產(chǎn)生，通常需要滿(mǎn)足合適的幾何形狀。沸水堆的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，主蒸汽管道支管末端的流激聲共振會(huì)產(chǎn)生中高頻壓力波動(dòng)和振動(dòng)，從而損壞蒸汽系統(tǒng)部件和其他反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件。一些小型模塊化壓水堆的蒸汽發(fā)生器位于反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部，與主蒸汽管線(xiàn)相連接，需要關(guān)注聲共振對(duì)蒸汽發(fā)生器及堆內(nèi)構(gòu)件的影響。

2.2.3 聲致振動(dòng)

反應(yīng)堆冷卻劑泵由旋轉(zhuǎn)葉輪與畸變流相互作用產(chǎn)生，壓力脈動(dòng)可激發(fā)壓力容器內(nèi)水的聲學(xué)模式，從而對(duì)反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件造成顯著的聲學(xué)載荷。根據(jù)泵的數(shù)量和布置以及各自驅(qū)動(dòng)頻率和產(chǎn)生的力函數(shù)之間的相對(duì)相位，局部壓力脈動(dòng)可能達(dá)到單個(gè)泵的幾倍。一些小型模塊化壓水堆，因?yàn)楸门c反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件非常接近，主泵壓力脈動(dòng)引起的聲致振動(dòng)對(duì)反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件的影響可能更強(qiáng)烈。

2.2.4 機(jī)械振動(dòng)

反應(yīng)堆冷卻劑泵在泵軸轉(zhuǎn)速、葉輪葉片通過(guò)頻率及其各種諧波下產(chǎn)生動(dòng)力直接作用于流體，也作用于泵安裝結(jié)構(gòu)，并可能傳輸至與給水和蒸汽管道相連的其他部件，或反應(yīng)堆內(nèi)的其他部件。當(dāng)泵直接安裝在反應(yīng)堆容器上而不是通過(guò)外部管道連接到壓力容器時(shí)，機(jī)械振動(dòng)會(huì)加劇。

2.3 對(duì)SMR 控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特殊要求

（1）一些小型模塊化壓水堆，控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不是壓力邊界的一部分，因此審查范圍不同于傳統(tǒng)輕水反應(yīng)堆。一些小型模塊化壓水堆控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所有部件（包括控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）處在一回路冷卻劑流體激勵(lì)下，因此需要評(píng)估控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所有部件的FIV、AR、AIV、MIV 和可能產(chǎn)生的松動(dòng)。

（2）一些小型模塊化壓水堆將所有一回路主設(shè)備整合到單個(gè)模塊化系統(tǒng)中，因此可能會(huì)對(duì)控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)施加額外的動(dòng)態(tài)激勵(lì)，需要在設(shè)計(jì)中充分考慮。

（3）在反應(yīng)堆正常運(yùn)行瞬態(tài)工況下，某些結(jié)構(gòu)可能具有可變的或定義不明確的邊界條件，因此需要評(píng)估可變邊界條件的影響，證明足夠小到可忽略或在振動(dòng)分析中進(jìn)行考慮。例如，一些小型模塊化壓水堆的控制棒導(dǎo)向筒和控制棒是長(zhǎng)梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)共振頻率隨控制棒的位置而變化，可能導(dǎo)致控制棒導(dǎo)向筒或控制棒的過(guò)度振動(dòng)，干擾控制棒功能。因此，有必要評(píng)估不同的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)/控制棒高度，以及包括反應(yīng)堆所有的運(yùn)行和瞬態(tài)工況。

2.4 對(duì)SMR 主泵的特殊要求

（1）主泵運(yùn)行時(shí)，在一回路冷卻劑中產(chǎn)生的聲致振動(dòng)（泵致脈動(dòng)壓力）對(duì)堆內(nèi)構(gòu)件產(chǎn)生的影響分析，需要主泵供應(yīng)商提供主泵出口位置的脈動(dòng)壓力作為該分析的輸入，通常需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)得到，在得到主泵出口位置的脈動(dòng)壓力后，開(kāi)展泵致脈動(dòng)壓力影響分析。

（2）單個(gè)泵的聲學(xué)和力函數(shù)需要基于在泵試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的全尺寸試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，如果無(wú)法獲得全尺寸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，也可以接受小尺寸泵的試驗(yàn)，但需要證明縮比準(zhǔn)則的合理性。

（3）所有同時(shí)運(yùn)行的泵的組合力函數(shù)空間分布不僅取決于運(yùn)行泵的數(shù)量和布置，還取決于單個(gè)泵力函數(shù)之間的相對(duì)相位。泵脈動(dòng)的多個(gè)來(lái)源可能導(dǎo)致放大壓力脈動(dòng)，在壓力脈動(dòng)峰值，可能是單個(gè)泵的幾倍。需要評(píng)估一臺(tái)或多臺(tái)泵停止運(yùn)行對(duì)反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件施加的組合力函數(shù)的影響。

3 NuScale 小堆流致振動(dòng)分析和審評(píng)實(shí)踐［9-10］

3.1 NuScale 的特點(diǎn)

美國(guó)小堆NuScale 為一體化設(shè)計(jì)，壓力容器內(nèi)包括了穩(wěn)定壓器和2 個(gè)螺旋管蒸汽發(fā)生器（HCSG）。NuScale 采用一次冷卻劑自然循環(huán)，沒(méi)有主泵，NuScale 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1 所示。與典型壓水堆相比，NuScale 流速較低，降低了流體激勵(lì)力，100%功率時(shí)的平均流速（英尺/秒）比較見(jiàn)表1。

表1 NuScale 與典型壓水堆流速比較Table 1 Comparison of NuScale and typical pressurized water reactor flow rates

圖1 美國(guó)小堆NuScale 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 small reactors in the United States of NuScale

3.2 NuScale 綜合振動(dòng)評(píng)價(jià)的范圍

NuScale 綜合振動(dòng)評(píng)價(jià)大綱重點(diǎn)考慮了反應(yīng)堆容器內(nèi)部構(gòu)件、蒸汽發(fā)生器及一次和二次冷卻劑壓力邊界管道。

（1）參考美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME）鍋爐和壓力容器規(guī)范（BPVC）第Ⅲ卷第1 部分NG小節(jié)對(duì)反應(yīng)堆堆芯支撐結(jié)構(gòu)的定義，NuScale 反應(yīng)堆容器內(nèi)部構(gòu)件（RVI）包括蒸汽發(fā)生器（SG）傳熱管支架。

（2）SG 部件與RVI 和穩(wěn)壓器一起位于反應(yīng)堆壓力容器（RPV）的流體內(nèi)，CVAP 的范圍包括蒸汽干燥器、蒸汽系統(tǒng)部件和SG 內(nèi)部部件。

（3）構(gòu)成一次和二次冷卻劑壓力邊界的部件，按照第Ⅲ卷第1 部分NB 小節(jié)設(shè)計(jì)，但包含在CVAP 的范圍內(nèi)，因?yàn)樗鼈儽┞对谝淮魏投卫鋮s劑流中。

3.3 振動(dòng)分析大綱

分析大綱從受FIV 現(xiàn)象影響的部件清單開(kāi)始。NuScale 根據(jù)文獻(xiàn)［11-12］制定了每種FIV現(xiàn)象的篩選標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2。

表2 NuScale 流致振動(dòng)篩選標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Flow induced vibration screening criteria of NuScale

對(duì)組成部分進(jìn)行評(píng)估的有六種FIV 現(xiàn)象：

?流體彈性不穩(wěn)定性；

?渦流脫落；

?湍流抖振；

?聲共振；

?間隙流流動(dòng)失穩(wěn)；

?顫振馳振。

與第4 版R.G.1.20 相比，NuScale 由于沒(méi)有反應(yīng)堆冷卻劑泵，因此未考慮機(jī)械振動(dòng)的影響，但額外增加了間隙流流動(dòng)失穩(wěn)和顫振/馳振作為潛在的激勵(lì)機(jī)制。間隙流流動(dòng)失穩(wěn)（LFI）通常與通道入口附近的突然間隙變化有關(guān)，從而導(dǎo)致壓降分布變化，該壓降分布也可以與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行耦合。SG 管入口限流器（SGIFR）通過(guò)單項(xiàng)效應(yīng)試驗(yàn)對(duì)LFI 進(jìn)行評(píng)估。由于NuScale 堆內(nèi)構(gòu)件大致具有圓柱形的幾何形狀，因此排除顫振馳振機(jī)理。

NuScale 且與現(xiàn)有的壓水堆和沸水堆設(shè)計(jì)相比一次側(cè)冷卻劑流速較低，因此NuScale 的自然循環(huán)設(shè)計(jì)本質(zhì)上不易受FIV 影響，許多部件都具有非常大的安全裕度，當(dāng)安全裕度足夠大時(shí)（NuScale 確定為100%的安全裕度），就沒(méi)有必要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

3.4 振動(dòng)測(cè)量大綱

NuScale 進(jìn)行的試驗(yàn)包括單項(xiàng)效應(yīng)試驗(yàn)和初始啟動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)的結(jié)果用于驗(yàn)證原型設(shè)計(jì)。單項(xiàng)效應(yīng)試驗(yàn)包括SGIFR 試驗(yàn)（測(cè)試結(jié)果用于驗(yàn)證LFI 的可接受性）和SG 流致振動(dòng)試驗(yàn)（用于驗(yàn)證FEI、VS 和TB）。初始啟動(dòng)試驗(yàn)在燃料加載后的滿(mǎn)功率正常運(yùn)行條件下進(jìn)行，經(jīng)歷至少100 萬(wàn)次的振動(dòng)循環(huán)。初始啟動(dòng)試驗(yàn)包括對(duì)衰變熱排出系統(tǒng)（DHRS）蒸汽管道、主蒸汽隔離閥（MSIV）旁通管線(xiàn)和安全殼系統(tǒng)主蒸汽（CNTS MS）排水閥分支進(jìn)行在線(xiàn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，以確認(rèn)AR分析結(jié)果。

與現(xiàn)有的壓水堆和沸水堆設(shè)計(jì)相比，由于一次冷卻劑流速較低，因此NuScale 的部件不太容易受到FIV 的影響，許多部件具有相似的幾何形狀（尺寸、形狀和支撐），并處在相似的流動(dòng)條件下，這使得一個(gè)部件的試驗(yàn)結(jié)果可以用于其他類(lèi)似的部件?；谶@些考慮，選擇具有最低安全裕度的部件用于試驗(yàn)測(cè)量，以驗(yàn)證FIV分析輸入和結(jié)果。僅對(duì)SG 傳熱管入口限流器和SG 管束進(jìn)行了單項(xiàng)試驗(yàn)，對(duì)主蒸汽管線(xiàn)分支連接進(jìn)行初始啟動(dòng)試驗(yàn)。

3.5 檢查大綱

在初始啟動(dòng)試驗(yàn)之前和之后，檢查部件的機(jī)械磨損和振動(dòng)引起的損傷跡象。所有在分析大綱中被評(píng)估的部件都要經(jīng)過(guò)檢查。對(duì)于通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證的部件，檢查提供了對(duì)FIV 完整性的二次確認(rèn)。

對(duì)認(rèn)為易受FIV 影響的部件的代表性位置進(jìn)行檢查，證明其性能是可以接受的。根據(jù)R.G.1.20 第2.3 節(jié)的指導(dǎo)，對(duì)所有主要承重部件、約束裝置、鎖定或螺栓連接功能以及接觸面進(jìn)行檢查。還要檢查RPV 內(nèi)部可靠區(qū)域的松動(dòng)部件。

按照ASME 第Ⅲ卷NG-5111 和NB-5111規(guī)定的準(zhǔn)則和要求，并使用 ASME 第Ⅴ卷規(guī)定的方法，對(duì)NUSCAL 部件進(jìn)行檢查。目視檢查采用ASME 第Ⅺ卷IWB-2500 表IWB-2500-1 B-N-1、B-N-2 和B-N-3 中定義的“VT-1”和“VT-3”方法。

3.6 其他技術(shù)報(bào)告

為了最終完成CVAP，NuScale 還編寫(xiě)了兩份技術(shù)報(bào)告。第一份報(bào)告包含每個(gè)原型試驗(yàn)的測(cè)量大綱細(xì)節(jié)，包括試驗(yàn)運(yùn)行條件、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間、儀器類(lèi)型和位置、適用的試驗(yàn)保持點(diǎn)，以及考慮到偏差誤差和隨機(jī)不確定性的預(yù)期和允許實(shí)驗(yàn)結(jié)果的測(cè)試前預(yù)測(cè)。第二份報(bào)告提供為支持測(cè)量大綱而完成試驗(yàn)后的評(píng)估。在這份報(bào)告中，對(duì)預(yù)期和測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的差異進(jìn)行了處理，并確認(rèn)所有結(jié)果都在分析預(yù)測(cè)的允許范圍內(nèi)。第二份報(bào)告記錄了檢查大綱的結(jié)果。

3.7 NRC 的審查意見(jiàn)

NRC 工作人員認(rèn)為針對(duì)FIV 所評(píng)估的部件是合理的，而且基于低流量條件或堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，任何其他部件都不太可能受到FIV 的影響。

NRC 工作人員認(rèn)為表2 中的NuScale 流致振動(dòng)篩選標(biāo)準(zhǔn)是可以接受的，因?yàn)檫@些程序符合ASME BPVC 附錄N“動(dòng)態(tài)分析方法”中的指導(dǎo)，也符合公開(kāi)文獻(xiàn)。

與之前申請(qǐng)者提交綜合比例模型或全規(guī)模工廠(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)或兩者以證實(shí)其分析程序不同，NuScale 申請(qǐng)者只進(jìn)行了最低限度的基準(zhǔn)試驗(yàn)，并更多地依靠篩選和分析結(jié)果來(lái)確定有可能因FIV 而損壞的RVI、管道和HCSG 部件，并確定需要進(jìn)行后續(xù)驗(yàn)證試驗(yàn)的分析區(qū)域。

NuScale 沒(méi)有提交足夠的信息來(lái)排除二次冷卻劑密度波振蕩（DWO）不穩(wěn)定性的可能性，也沒(méi)有確定這些不穩(wěn)定性對(duì)HCSG 傳熱管的流動(dòng)誘導(dǎo)載荷。由于DWO 不穩(wěn)定性而導(dǎo)致的高純鍺傳熱管和蒸汽發(fā)生器傳熱管入口限流器（SGIFR）結(jié)構(gòu)完整性問(wèn)題尚未經(jīng)過(guò)NRC 工作人員的審查，因此沒(méi)有得到解決。

4 結(jié)論

本文研究了第4 版R.G.1.20 對(duì)SMR 的特殊規(guī)定，調(diào)研了美國(guó)小堆NuScale 堆內(nèi)構(gòu)件綜合振動(dòng)評(píng)價(jià)的方法，得出如下結(jié)論：

（1）與傳統(tǒng)大型壓水堆相比，SMR 流致振動(dòng)的范圍和要求發(fā)生了顯著的變化。第4 版R.G.1.20 可為小型模塊化壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件綜合振動(dòng)評(píng)價(jià)提供指導(dǎo)。

（2）NuScale 額外增加了間隙流流動(dòng)失穩(wěn)、顫振/馳振為潛在的激勵(lì)機(jī)制。這些機(jī)制并非NuScale 獨(dú)有，且在第4 版R.G.1.20 中并未提及，因此建議小堆的CVAP 特別關(guān)注間隙流流動(dòng)失穩(wěn)、顫振/馳振的失效機(jī)理。

（3）由于通常小型模塊化壓水堆堆內(nèi)流速較低，流致振動(dòng)易感性較低，部分小堆不需要完成堆外的比例模型試驗(yàn)，但需提供足夠的細(xì)節(jié)，例如分析、測(cè)試、FIV 不確定性檢查等，保證小型模塊化壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件不發(fā)生流致振動(dòng)導(dǎo)致的失效。

（4）直流蒸汽發(fā)生器二次冷卻劑密度波振蕩不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致傳熱管和SGIFR 結(jié)構(gòu)完整性問(wèn)題，我國(guó)具有直流蒸汽發(fā)生器的小堆審評(píng)需特別關(guān)注類(lèi)似問(wèn)題。