設備冷卻水泵機組抗震鑒定試驗研究

李琦　李朋洲　杜建勇　李天勇　孫磊

摘 要：NCP500/56型設備冷卻水泵機組用于1 000 MWe壓水堆核電站設備冷卻水系統。報告給出了設備冷卻水泵機組抗震鑒定試驗的試驗目的、試驗內容、試驗方法、試驗裝置和試驗結果。通過設備的抗震試驗測定其地震響應，考核設備的剛度和強度等指標，以驗證設備在地震作用下和地震作用后的結構完整性。通過試驗過程中的記錄和試驗后的檢查表明，設備在試驗中及試驗后結構完整、功能完好。

關鍵詞：冷卻水泵機組 抗震試驗 多頻波法

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（c）-0073-03

核電站中的所有抗震I類設備均應根據規范進行抗震鑒定。現有的方法主要有試驗法、分析法、分析與試驗結合法、經驗反饋法等。當分析不能夠合理而可信地證實抗震I類設備的結構完整性和功能可運行性時，就必須用試驗法進行鑒定。

1 試驗方法

1.1 試驗對象及裝置

NCP500/56型設備冷卻水泵為1 000 MWe壓水堆核電站設備冷卻水系統（RRI）所使用的泵組。設備冷卻水泵為懸臂式、徑向剖分臥式離心泵，泵吸入口方位為水平軸向，排出口方位與吸入口方向垂直向上，并在同一豎直平面內。

試驗在中國核動力研究設計院地震臺上進行。該地震臺的最大承載能力為60 t，最大加速度（滿載）分別為1 g和0.8 g，工作頻率范圍為0.1～100 Hz。

1.2 測試儀器和測點布置

抗震鑒定試驗采用加速度計測量地震臺臺面和設備上的加速度，采用箔式應變計和日本動態應變儀測量應變。數據采集采用DEWE 2010型數據采集儀。

試驗中的測試量有加速度、應變、流量、壓力等。分別在地震臺臺面、泵入口法蘭、泵出口法蘭、聯軸器、泵基座、電機頂部等位置布置加速度計來測量臺面和設備冷卻水泵機組的加速度信號。在泵支承薄弱部位等位置布置應變計來測量應變信號，采用流量計監測泵組在試驗過程中的流量，利用壓力計監測泵組在實驗過程中的運行壓力。

1.3 試件安裝和功能檢查

試驗前檢查設備外形結構有無變形和破裂，在整體結構完整的情況下將其安裝在地震臺上，連成圖1所示運行回路系統。

試驗前對設備冷卻水泵機組進行運行試驗，以證明其在地震試驗前的可運行性，并且對泵組進行試驗前的基本性能試驗。

1.4 試驗前動態特性探查試驗

分別在3個正交軸向進行激振，采用不大于0.2 g的正弦掃描激振信號，測量設備的固有頻率和阻尼比。掃描頻率為5～100 Hz，掃描速度為1倍頻程/分。

1.5 抗震性能試驗

（1）地震載荷，按照規范的規定，抗震性能試驗采用人工模擬加速度時程作為輸入波，一共要進行5次OBE試驗和1次SSE試驗。試驗中要求的樓板反應譜RRS為福建福清核電廠3、4號機組核輔助廠房標高+6.3 m的樓板反應譜。用計算機生成OBE和SSE地震試驗中所用的人工模擬加速度時程，該時程持續時間為30 s。計算該時程反應譜的頻率間隔為0.1 Hz，3個方向之間的相關系數小于0.3，均滿足《核設備抗震鑒定試驗指南》的要求。

（2）OBE和SSE地震試驗，5次OBE和1次SSE地震試驗每次試驗時間均為30 s。在地震試驗過程中，設備冷卻水泵機組要模擬運行和操作，前3次OBE地震過程中機組處于正常運行狀態。由于機組從啟動到運行穩定所需時間較長，故第4次OBE地震時，先啟動機組，在機組啟動15 s時，再輸入地震載荷。第5次OBE地震時，在OBE地震開始的同時啟動機組。SSE試驗過程中設備處于正常運行狀態。

在每次地震過程中要對設備的運行穩定性進行監測，測量加速度和應變。每次試驗完成后檢查設備的結構完整性，并進行基本性能試驗。

1.6 試驗后動態特性探查試驗

抗震試驗完成后進行試驗后的動態特性探查試驗。

2 試驗結果

2.1 外形和功能檢查結果

試驗前對設備進行了檢查，沒有發現變形和損傷，結構完整。泵組進行了運行試驗和基本性能試驗，運行正常。

2.2 動態特性探查試驗結果

圖2為試驗前設備在X、Y、Z三個方向的響應頻譜圖。試驗前設備的基階頻率為36.95 Hz，阻尼比為7.16%。

2.3 地震試驗結果

圖3為第一次OBE試驗中X方向臺面加速度時程響應譜對要求的加速度響應譜的包絡情況，圖中TRS線為臺面實現的譜線，RRS線為要求的加速度響應譜。

設備冷卻水泵機組樣機在地震試驗中所測的加速度最大值為6.34 g，應力最大值為33.91 MPa，臺面各個方向的加速度峰值均大于要求譜值的零周期值。

每次地震試驗中機組運行和啟動均正常。每次地震試驗后，均進行了基本性能試驗，同時對設備冷卻水泵機組樣機進行了檢查，沒有發現變形和損傷，結構完整。

3 結論

中國核動力研究設計院核級設備鑒定中心遵照有關規范的要求，采用多頻波法在6 m×6 m地震模擬臺上完成了NCP500/56型設備冷卻水泵機組樣機的抗震鑒定試驗，結論如下：（1）抗震鑒定試驗中，地震臺輸入加速度載荷滿足試驗大綱的要求，試驗是有效的；（2）設備冷卻水泵機組樣機在抗震試驗前、中、后均保持結構完整，機械結構無破損，整體結構無可視的永久變形；（3）設備冷卻水泵機組樣機具有足夠的抗震強度；（4）設備冷卻水泵機組樣機在抗震試驗前、中、后均能正常啟動和運行；（5）設備冷卻水泵機組樣機在試驗前、試驗中、試驗后的性能指標均滿足要求。

綜上所述，NCP500/56型設備冷卻水泵機組樣機在規定的地震載荷條件下抗震鑒定合格。

參考文獻

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