三代非能动核电厂抗震鉴定试验系统选型方案研究

2020-07-29尚恒，葛磊

发电设备 2020年4期

尚恒，葛磊

(上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，上海 200240)

核电厂设备开展抗震鉴定试验主要依据核电厂设计规范书或鉴定试验标准中规定的地震反应谱。三代非能动核电厂抗震鉴定试验在位移和加速度指标上提出了更高的要求，国内原有的地震试验系统大都难以完全满足新的抗震鉴定试验要求。鉴于此，笔者根据开展三代核电设备抗震鉴定试验所要求的地震模拟试验系统(简称抗震鉴定试验系统)性能参数，结合该系统的特点和工程需要进行选型及方案优化，最终提出了一套抗震鉴定试验系统的推荐选型方案。

1 抗震鉴定试验系统性能参数

三代非能动核电厂需要开展抗震鉴定试验的设备分为管线安装设备和楼板安装设备。根据IEEE std-344—2013 《核电站用1E级设备抗震鉴定的实施规程》和IEEE std-382—2006 《核电站用阀门驱动装置鉴定》，管线安装设备需要进行2/3RIM(required input motion)试验及RIM试验，楼板安装设备需要进行1/2RRS(required response spectrum)试验及RRS试验。若设备的安装形式既涉及管线安装又涉及楼板安装，则应对此设备分别进行单频率RIM试验和多频率RRS试验。

葛磊等[1]对三代核电地震试验系统运动参数指标的确定进行了研究，得到了地震试验系统的初步性能参数(见表1，X、Y方向为水平方向，Z方向为垂直方向)。

表1 地震试验系统的初步性能参数

2 初步选型方案

鉴于RRS试验要求在三个方向同时运动，并且在低频段(<2 Hz)需要实现大位移，而电磁振动台的设备固有特性决定了无法实现大位移，因此抗震鉴定试验系统不能选用电磁振动台，必须选用三轴六自由度液压振动台。

通过对三代非能动核电厂安全相关设备的分析，确定某一型号阀门的质量和尺寸可基本包络大多数需要开展抗震鉴定试验的设备，其最大开档尺寸为1.1 m，总质量为3.4 t。该阀门在抗震鉴定试验时需要连接管道和其他附件(如支架)等，最终设备的总长度约为2 m，总质量约为5 t。同时，为保留一定的裕量，初步考虑将抗震鉴定试验系统的台面尺寸设计为2.5 m×2.5 m，系统最大负载为6 t。

抗震鉴定试验系统的初步选型方案见表2。

表2 抗震鉴定试验系统的初步选型方案

3 方案优化及最终选型方案

结合三轴六自由度液压振动台的工作原理及特性进行综合分析，如果采用表2的参数作为抗震鉴定试验系统的选型参数，在系统研制过程中可能遇到以下技术问题：

(1) 为了实现低频位移段要求，即水平最大位移为±280 mm、垂直最大位移为±180 mm，同时实现高频段最大加速度达到8g，需要设计行程很长的抗震鉴定试验系统的作动器推力杆，可能导致油柱共振频率和作动器侧向共振频率偏低，一旦发生共振，在高频加速度段难以保证8g的设计要求。与此同时，在2.5 m×2.5 m的台面尺寸条件下，实现表2中提出的水平、垂直方向的大位移，会导致球铰的摆角过大，容易引起机械干涉，可能进一步影响系统控制特性，甚至影响抗震鉴定试验系统的安全性。而且球铰设计中摆角越大，其刚度可能会越差，同样造成作动器的侧向共振频率偏低，也会对高频段最大加速度达到8g的设计要求产生不利影响。

(2) 中频段要求水平最大速度为4.5 m/s、垂直最大速度为3.5 m/s，则要求配有超大流量的伺服阀，尤其在6 t负载的条件下，伺服阀的频响性能将大幅下降，难以保证64 Hz之后达到最大加速度为8g的设计要求。

综合考虑以上因素，按照表2的参数建造抗震鉴定系统不仅技术难度大，而且存在安全隐患，可实施性较低。

由于抗震鉴定试验系统的位移和速度的极限要求均来自RRS试验，结合工程实际中不同楼层反应谱的反演结果，根据设备质量、尺寸进行分类(A类设备质量为100～4 000 kg，尺寸为0.5 m×0.5 m×0.5 m～1.5 m×1.5 m×1.5 m，占需要开展抗震鉴定设备类型总数的95%以上；B类设备质量≤100 kg，尺寸≤0.5 m×0.5 m×0.5 m，占需要开展抗震鉴定设备类型总数的3%以下)，分别提出针对不同类型设备开展抗震鉴定试验的系统应达到的主要性能参数(见表3)。

表3 主要设备的RRS试验参数

从表3可以看出：三代非能动核电厂需要开展抗震鉴定试验的设备中，A类设备进行RRS试验所要求的位移、加速度和速度等显著低于B类设备同类参数；B类设备虽然要求的参数高，但质量和尺寸都较小。如果将A、B两类设备抗震鉴定试验要求分别考虑，可研发和建造2套三轴六自由度液压振动台。该方案在满足A类和B类设备抗震试验要求的同时，也可降低技术风险和建设成本，并提高设备运行安全性。

根据以上方案，2套三轴六自由度液压台的推荐选型参数见表4。