王梁坤 施卫星 拜立岗 张全伍

（同济大学结构防灾减灾工程系，上海200092）

0 引 言

应急柴油发电机是压水堆核电站安全壳专项安全设施的重要组成部分［1］，其功能主要是当核电站正常电力供应发生意外事件时，对整个核电站应急供电，使反应堆保持在安全状态中。在地震发生时，要求它能在规定时限内迅速启动，短时内达到额定转速和电压，并接受相应负荷［2-3］。这就要求用于压水堆核电站的应急柴油发电机必须具备良好的抗震性能。

本文中发电机油泵及出线盒，属于1E级应急柴油发电机配套设备，核安全为2 级，抗震要求为安全停堆地震（SSE），质保要求为QA1。根据相关规范要求［4-6］，可以用振动台试验验证其在若干次运行基准地震（OBE）和1 次SSE 的地震载荷作用下，仍能保持其结构的完整性及安全运行功能。因此，将该油泵及出线盒在模拟地震振动台上进行地震鉴定试验，确定油泵及出线盒在承受运行基准地震（OBE）和安全停堆地震（SSE）载荷时的地震响应。

文献［7-9］中，笔者们分别对核电厂消氢风机、1E 级应急柴油发电机模拟绕组和核电厂循环风机进行了振动台试验研究。本文对1E 级应急柴油发电机油泵及出线盒进行了5 次OBE 及1 次SSE 振动台试验，验证了油泵和出线盒在各种地震作用下的结构完整性及作用后能否正常工作并满足有关性能指标。

1 试验准备

1.1 试验设备

本次振动台试验采用同济大学土木工程减灾防灾国家重点实验室的MTS 模拟地震振动台，该振动台的具体参数见文献［7-9］中介绍。

被试验设备为一个SH3656型号的油泵，外形尺寸为479 mm×340 mm×700 mm；两个出线盒，其中型号为5D354.4902 的尺寸为1700 mm×1 320 mm×520 mm，型号为 5D354.5219 的尺寸为2 100 mm×1610 mm×520 mm。

1.2 试验方法

首先，用连续白噪声激励，识别得到油泵及出线盒在三个正交轴上的自振频率。然后，油泵及出线盒抗震试验按照规范［4-6］采用单轴加速度谱试验法进行。按提供的生产厂楼面地震加速度反应谱生成人造地震波，按三个正交轴方向输入进行抗震试验。为了确保试验反应谱（Test Response Spectrum，TRS）包络同一阻尼比的要求反应谱（Required Response Spectrum，RRS），人造地震波应考虑10%的裕度，振动时间为30 s，其中强震（大于75%最大振动值）部分10 s。

被试油泵及出线盒在抗震试验前处于停止运行状态，对该油泵及出线盒进行5 次OBE 和1 次SSE 抗震试验。试验过程中出线盒不通电，油泵通电并进行油循环。被试油泵及出线盒在抗震试验前后，严格按照性能试验要求考核其性能指标，以评估其抗震性能。

1.3 试验对象的安装及测点布置

油泵及出线盒在振动台上的安装固定方式与其在厂房中的实际安装固定方式一致。根据振动台和被试油泵及出线盒的实际螺栓孔位置，设置刚性过渡连接钢架和钢板，将油泵及出线盒安装在钢架上和钢板，然后将钢架、钢板与振动台连接。

对于被试油泵，在其顶部、质心处标高位置、转轴处和连接件上各布置1 组测点，共7 组测点，每组3 个加速度传感器对应三个方向的加速度反应，根据其转轴处测点的加速度时程曲线中的油泵振动信号，判断油泵及出线盒的起动时间，即油泵及出线盒从0 转速到额定转速所经历的时间。对于出线盒，在其顶部布置3 组测点，每组3 个加速度传感器对应三个方向的加速度反应。油泵及出线盒的测点布置如图1所示。

2 试验步骤

2.1 油泵及出线盒性能测试

被试油泵及出线盒在进行振动台试验前，先按技术规格书的要求对其进行性能测试，测得的数据作为油泵及出线盒振动台试验后性能测试的基准值。

2.2 油泵及出线盒自振频率及阻尼比测试

图1 测点布置图Fig.1 Layout of measuring points

采用白噪声波的方法分别在X、Y、Z三正交轴方向进行激励。白噪声的持续时间要足够，以保证自振频率测定的精度。输入的台面运动加速为0.2g，振动持续时间大于或等于15 s。

2.3 油泵及出线盒抗震鉴定试验

试验前，首先安装和检验所用的监测仪器和设备。按要求的楼面地震加速度反应谱及文献［5］的8 条规定，生成的人造模拟地震波作为输入信号激励振动台台面进行抗震鉴定试验。人造模拟地震波得出的试验反应谱（TRS）应包络要求反应谱（RRS）的整个频段（1～33 Hz）。如果被试油泵及出线盒在5 Hz 以下没有共振现象，则TRS 只需包络到 3.5 Hz 的RRS，但在 1～3 Hz 范围内仍需保持一定的激励。如果被试油泵及出线盒在5 Hz以下有共振现象，只要求TRS 在最小的自振频率的70%以上的频率部分包络RRS。

抗震试验按同时在X、Y和Z三正交轴方向进行激励振动，在三正交轴方向同时输入的人造模拟地震波，为确保输入波的相互独立，其相干函数的平均值应小于0.5，相关函数的绝对值应小于0.3。

抗震试验中对OBE 进行5 次考核试验，对SSE进行1次考核试验，振动持续时间大于或等于30 s。对每次考核试验进行数据采集和处理。试验的工况具体安排如表1所示。

表1 试验工况表Table 1 Test condition table

表1 中，运行指油泵及出线盒在加载地震波之前就已经正常运转；工况1 中油泵及出线盒在采集系统准备好后，仅仅启动油泵及出线盒，直至其按照额定功率运行10 s 后结束，启动1 发生时，振动台不发生振动；启动2 指油泵及出线盒在地震开始后8 s 启动。OBE 三向地震波及反应谱如图2所示，XYZ三向地震波的相干函数时程如图3所示。

图2 OBE三向地震波及反应谱Fig.2 Three directions of OBE seismic waves.

图3 OBE工况XYZ三向地震波相干函数Fig.3 XYZ three-way seismic wave coherence function of OBE case

由图 3 可见，OBE 工况中，X与Y向相干函数的绝对值最大值为0.006 0，X与Z向相干函数的绝对值最大值为0.007 0，Y与Z向相干函数的绝对值最大值为0.007 8，均满足相关函数的绝对值应小于0.3的要求。

SSE三向地震波及反应谱如图4所示，XYZ三向地震波的相干函数时程如图5所示。

由图 5 可见，SSE 工况中，X与Y向相干函数的绝对值最大值为0.024，X与Z向相干函数的绝对值最大值为0.028，Y与Z向相干函数的绝对值最大值为0.031，均满足相关函数的绝对值应小于0.3的要求。

2.4 油泵及出线盒的功能监测

在进行抗震试验过程中，被试油泵及出线盒由停止状态起动，出线盒不通电，观察、监测油泵及出线盒结构的地震响应状态，风机的风压、风量、风机振动、风机气密性、风机启动时间等。在5次OBE考核试验和1次SSE考核试验后，按技术规格书的要求对油泵及出线盒进行性能测试，测得的数据作为油泵及出线盒抗震鉴定的依据。

2.5 最后检查

图4 SSE三向地震波Fig.4 Three directions of SSE seismic waves.

图5 SSE工况XYZ三向地震波相干函数Fig.5 XYZ three-way seismic wave coherence function of SSE case

抗震试验期间和试验后，用目测方法检查被试油泵及出线盒外观完整性。油泵及出线盒与振动台的连接螺栓、螺母不应有松动、脱落等不正常现象。如油泵及出线盒起动运行正常，记录得到的数据偏差在允许误差范围内，则认为该油泵及出线盒抗震试验为合格。

3 试验结果

3.1 油泵及出线盒一阶自振频率及阻尼比

从各测点的传递函数总体分析，该设备的第一自振频率较大，3 测点处有106.81 Hz 的Y水平向局部振动频率和107.56 Hz 的Z竖向的局部振动频率。油泵及两个出线盒在X、Y、Z三方向的第一自振频率详见表2。

表2 油泵及出线盒的自振频率Table 2 Natural frequencies of oil pump and outlet boxes

3.2 OBE及SSE考核试验

关于油泵及出线盒 5 次 OBE、1 次 SSE 考核试验时在X、Y、Z三方向的台面实测加速度时程和第一次OBE 和SSE 的反应谱参见图2 和图3。TRS包络RRS的情况符合相关规范［4-6］的要求。

各测点的加速度峰值如表3所示。

表3 各测点加速度峰值Table 3 Maximum accelerations of measuring points

OBE、SSE 考核试验电机启动时间见3.3 节，试验前后启动时间无明显变化。

对油泵及出线盒进行5次OBE地震反应考核试验、1 次SSE 地震反应考核试验后，试件外形结构无变形，壳体没有裂纹，螺钉螺母没有松动、脱落。油泵及出线盒各项性能指标在抗震试验前后无明显变化。因此，该油泵及出线盒符合抗震要求。

4 结 论

本文对1E 级应急柴油发电机油泵和出线盒进行了5次OBE地震反应抗震试验、1次SSE地震反应抗震试验，可得以下结论：

（1）抗震试验期间，油泵的启动运转性能良好，满足试验要求。

（2）各试件外形结构无变形，壳体没有裂纹，螺钉螺母没有松动、脱落。

（3）1E级应急柴油发电机油泵和出线盒的各项性能指标在抗震试验后符合规范要求。