邓赐邦 赵福建

（武汉海王新能源工程技术有限公司，湖北 武汉 430000）

核电应急柴油发电机组机外压缩空气系统设计及抗震计算研究

邓赐邦 赵福建

（武汉海王新能源工程技术有限公司，湖北 武汉 430000）

为了提高核电站运行的安全性能，规定核电站的建设中必须设置相应的安全辅助保护系统，应急柴油发动机组作为应急电源的核心设备，当核电站的常规电源无法供电的时候，起到了及时为核电站的正常运行提供所需用电的作用，确保了核电站的运行安全。应急柴油发动机组的起动反应时间是由压缩空气系统决定的，机外压缩空气系统是为柴油发电机组提供压缩所需空气的装置，做好机外压缩空气系统的设计，能够有效缩短应急柴油发电机组的起动时间，及时为核电站提供应急电源，文章对核电应急柴油发电机组外压缩空气系统的设计及抗震计算进行了详细地分析。

核电应急柴油发电机组；外压缩空气系统；抗震计算

科技的进步推动了核电站建设事业的发展，世界上多个国家相继建立了核能发电站，但是核反应的失控会造成重大的人员伤亡和严重的经济损失，做好核电站的设计工作，从核反应的各个环节出发，制定相应的防护措施，是核电站建设的基础和前提。应急柴油发电机组是核电系统的必要设备，在保证核电站安全方面起到的作用是不可替代的，从柴油发电机组的系统设计和设备安装出发，提高设备的使用性能、确保运行的平稳性，对促进核电事业的发展具有重要作用。

1.核电应急柴油发电机组起动的性能要求和起动装置的组成

1.1核电应急柴油发电机组起动的性能要求

快速起动核电应急柴油发电机组的基本性能要求，通过对核电站常规电源失效现象做出快速反应，为核电站提供应急电能，保证了核电站运行所需电能的正常供应。按照相关规定，核电应急柴油发电机组在设计的时候，应该在柴油机输出端支撑箱的左右两边各设置一套起动装置，两套起动装置的起动原理是将空气进行压缩，来获取足够的动力，在不借助储气瓶的前提下，要保证起动装置可以起动6次柴油机。起动装置中空气马达的工作压力有明确的规定，要求为0.8MPa，起动装置起动时要有足够量的空气支持，一般都是以3000L为最低标准。

在应急柴油发电机组收到信号和命令时，将空气进行压缩获取足够的动力，转换成设备加载启动所需的能量，使相关设备能够达到额定的电压和转速。在完成柴油机的6次起动之后，要求起动系统可以进行自行补气，为后续工作提供保障，在之后的45min内，自行补气的气体压力要能够满足再次起动6次的要求，如此循环往复，实现起动系统的自动运行。

起动系统在投入使用前需要经过多次试验，确保起动系统能够达到使用要求，提供系统的可靠性，相关规定显示，应急柴油发电机组起动系统的试验次数为100次，其中有10次需要在应急状态下进行测试，如果每次都可以在规定的时间内正常起动，才可以正式投入使用，否则就要进行相应地改进。

1.2柴油机起动装置的组成

柴油机起动装置的组成有很多部分，主要包括空气马达、起动阀、电磁阀、安全阀、减压阀、进出口自滤器等，工作的时候，通过各个部位之间相互作用，能够完成起动装置的运行。电磁阀在得到起动信号的时候会完成通电，利用空气压力，使空气马达与齿轮与柴油机转轴的齿轮要咬合在一起，带动转轴的转动，当转速足够快、达到点火要求时，电磁阀部位就会自动断电，不会继续压缩空气，空气马达齿轮将会与转轴齿轮松开，完成起动装置的起动。

2.机外压缩空气系统设计

机外压缩空气系统主要是对空气进行压缩，为柴油机起动系统提供动力，同时还需要对压缩的空气进行干燥处理、使其保持足够的清洁，保证压缩空气的可靠性，系统的主要组成包括空压机、储气瓶、冷干机、除油滤器、除尘滤器以及压力开关。通过对系统进行起动性能试验、补充气试验以及可靠性试验，检测系统设计是否满足要求和标准，确保系统的正常运行。

在空压机的选择上，一般选用高压往复式类型，这种空压机的前后都设有冷却器，具有良好的降温性能，通过水气分离器，能够有效地将压缩空气产生的液态水进行排除，起到干燥作用。储气瓶的作用是为空气马达的转动提供足够的动力，至少可以使其起动6次。起动系统在运行的时候，空气在压缩作用下，温度会变得比平常高，并且还会存在一定的水分，当这些空气进入到储气瓶后，高温会对瓶内环境造成一定的影响，瓶内空气中的水分会逐渐凝聚成水珠，降低了储气瓶内的压力，为了补充空气压力，空压机便会经常起动，使用次数的增多会加快空压机的磨损，降低了空压机的使用性能、缩短了设备的使用年限，而空气中的水分也会对系统的性能造成影响，不利于系统的正常运行，所以需要使用冷干机对压缩空气进行干燥，去除其中的水分。除油滤器、除尘滤器的作用是对压缩空气进行净化，压缩空气经过空压机的时候，会携带少量的润滑油，再加上空气中本就存在的杂质颗粒，压缩空气的质量比较差，空气中的各种杂质长时间积累下去，会沉积在空气马达上，极不利于空气马达的正常运转，容易发生故障现象，所以就需要做好对压缩空气的清洁工作。压力开关的可以根据压力的改变切换空压机的运行状态，因为系统的设计采用了自动化技术，当压力比设定的下限值低的时候，空压机便会自行启动，下限值的设定数值为2.5MPa；当压力比设定的上限值大的时候，空压机便会停止运作，上限值的设定数值为3MPa，这样可以有效减少空压机的频繁启动，延长使用寿命。

3.抗震计算研究

3.1管路抗震计算

对管路抗震性能的研究，可以通过构建外压缩空气系统管路三维模型来实现。建立相应的模型，设计管卡位置，利用专业知识对响应谱的结果进行分析，经过科学、准确的计算，确定管路发生偏移的位置，得出地震激励作用下管路的偏移数值，除此之外，还可以得出最大应力值的具体大小和位置，然后将计算结果与《核电厂抗震设计规范》中有关应力计算的标准进行比较，确保管路抗震性能达到规定要求。

3.2储气瓶抗震计算

储气瓶的抗震性能一般选用反应谱法来进行评估、计算，常用的分析软件是ANSYS，应用该软件的时候，需要先将储气瓶的实体模型导入到软件系统中，建立有限元模型，依次完成预应力分析、模态分析、谱分析，然后在对模态进行扩展合并，对最后结果进行分析计算，完成储气瓶抗震计算。

通过模态分析，可以对系统的内部结构进行深入的了解，明确各种设备的振动特性，根据设备的振动特性，可以调整抗震设计。当储气瓶内装有压缩空气的时候，瓶内就会存在一定的压力，此时应该进行有预应力的模态分析，将压缩空气对振动特定的影响也计算在内，确保计算结果的科学性和准确性。模态分析的具体过程是，在储气瓶的表面施加于瓶内压缩空气的同等压力，对储气瓶进行固定处理，提高储气瓶的稳定性，一般通过对支脚施加约束来实现。当一切准备就绪的时候，将预应力效果打开，对静应力进行分析，得出详细的分析结果，通过分析结果可以得出储气瓶的位移情况，判断其发生最大位移的位置和具体数值。

谱分析是一种对模型的位移和应力进行计算的分析技术，进行谱分析的时候，需要以模态分析结果为基础，与一个已知的谱相结合，通过两者之间存在的关系来完成相关计算。通过普的曲线形式，可以知道谱值与频率之间的关系，获取载荷的强度和频率在不同时间点的具体信息。谱分析结果中没有对应力结果进行记录，在用单点响应谱分析法进行计算的时候，为了确保计算结果的准确性，需要对模型进行扩展与合并。

模型扩展的目的是为了后期处理结果的观察提供方便，具体过程是将设备的振动特性进行记录，将记录结果统一管理，保存至对应的文件中。模态合并规定方法是SRSS，激励谱频率不同会对结构产生不一样的影响，将这些影响结果进行组合，就得到了最终的相应结果。最终的相应结果包括模型合并后的总位移、模型扩展后的总应力和总应变，得出模型发生位移的详细位置和具体数据，

结语

应急柴油发电机组是核电站建设的重要组成部分，做好机外空气压缩系统设计，并对其性能进行测试，确保系统设计的合理性、可靠性；对系统进行准确的抗震计算，评估系统的抗震性能，对保证应急柴油发电机组的运行质量具有重要意义，随着核电研究力度的不断加强，相信有关工作会取得更大的进展。

［1］周宁，侯振宇.核电应急柴油发电机组机外压缩空气系统设计及抗震计算［J］.内燃机与动力装置，2012（6）：4-8+33.

［2］崔赪昕.大亚湾、岭澳核电站1/2LHPLHQ应急柴油发电机冷却水进出口管段改造抗震分析［A］.中国核动力研究设计院科学技术年报（2009）［C］.2011：3.

［3］周晓俊.核电站用应急柴油发电机定子计算和分析［J］.上海大中型机，2012（4）：22-24.

［4］杨鑫.应急柴油发电机组为核电站保驾护航［J］.通用机械，2015（10）：26.

TP273

A