设备冷却水泵机组抗震鉴定试验研究

李琦　李朋洲　杜建勇　李天勇　孙磊

摘 要：NCP500/56型设备冷却水泵机组用于1 000 MWe压水堆核电站设备冷却水系统。报告给出了设备冷却水泵机组抗震鉴定试验的试验目的、试验内容、试验方法、试验装置和试验结果。通过设备的抗震试验测定其地震响应，考核设备的刚度和强度等指标，以验证设备在地震作用下和地震作用后的结构完整性。通过试验过程中的记录和试验后的检查表明，设备在试验中及试验后结构完整、功能完好。

关键词：冷却水泵机组 抗震试验 多频波法

中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）01（c）-0073-03

核电站中的所有抗震I类设备均应根据规范进行抗震鉴定。现有的方法主要有试验法、分析法、分析与试验结合法、经验反馈法等。当分析不能够合理而可信地证实抗震I类设备的结构完整性和功能可运行性时，就必须用试验法进行鉴定。

1 试验方法

1.1 试验对象及装置

NCP500/56型设备冷却水泵为1 000 MWe压水堆核电站设备冷却水系统（RRI）所使用的泵组。设备冷却水泵为悬臂式、径向剖分卧式离心泵，泵吸入口方位为水平轴向，排出口方位与吸入口方向垂直向上，并在同一竖直平面内。

试验在中国核动力研究设计院地震台上进行。该地震台的最大承载能力为60 t，最大加速度（满载）分别为1 g和0.8 g，工作频率范围为0.1～100 Hz。

1.2 测试仪器和测点布置

抗震鉴定试验采用加速度计测量地震台台面和设备上的加速度，采用箔式应变计和日本动态应变仪测量应变。数据采集采用DEWE 2010型数据采集仪。

试验中的测试量有加速度、应变、流量、压力等。分别在地震台台面、泵入口法兰、泵出口法兰、联轴器、泵基座、电机顶部等位置布置加速度计来测量台面和设备冷却水泵机组的加速度信号。在泵支承薄弱部位等位置布置应变计来测量应变信号，采用流量计监测泵组在试验过程中的流量，利用压力计监测泵组在实验过程中的运行压力。

1.3 试件安装和功能检查

试验前检查设备外形结构有无变形和破裂，在整体结构完整的情况下将其安装在地震台上，连成图1所示运行回路系统。

试验前对设备冷却水泵机组进行运行试验，以证明其在地震试验前的可运行性，并且对泵组进行试验前的基本性能试验。

1.4 试验前动态特性探查试验

分别在3个正交轴向进行激振，采用不大于0.2 g的正弦扫描激振信号，测量设备的固有频率和阻尼比。扫描频率为5～100 Hz，扫描速度为1倍频程/分。

1.5 抗震性能试验

（1）地震载荷，按照规范的规定，抗震性能试验采用人工模拟加速度时程作为输入波，一共要进行5次OBE试验和1次SSE试验。试验中要求的楼板反应谱RRS为福建福清核电厂3、4号机组核辅助厂房标高+6.3 m的楼板反应谱。用计算机生成OBE和SSE地震试验中所用的人工模拟加速度时程，该时程持续时间为30 s。计算该时程反应谱的频率间隔为0.1 Hz，3个方向之间的相关系数小于0.3，均满足《核设备抗震鉴定试验指南》的要求。

（2）OBE和SSE地震试验，5次OBE和1次SSE地震试验每次试验时间均为30 s。在地震试验过程中，设备冷却水泵机组要模拟运行和操作，前3次OBE地震过程中机组处于正常运行状态。由于机组从启动到运行稳定所需时间较长，故第4次OBE地震时，先启动机组，在机组启动15 s时，再输入地震载荷。第5次OBE地震时，在OBE地震开始的同时启动机组。SSE试验过程中设备处于正常运行状态。

在每次地震过程中要对设备的运行稳定性进行监测，测量加速度和应变。每次试验完成后检查设备的结构完整性，并进行基本性能试验。

1.6 试验后动态特性探查试验

抗震试验完成后进行试验后的动态特性探查试验。

2 试验结果

2.1 外形和功能检查结果

试验前对设备进行了检查，没有发现变形和损伤，结构完整。泵组进行了运行试验和基本性能试验，运行正常。

2.2 动态特性探查试验结果

图2为试验前设备在X、Y、Z三个方向的响应频谱图。试验前设备的基阶频率为36.95 Hz，阻尼比为7.16%。

2.3 地震试验结果

图3为第一次OBE试验中X方向台面加速度时程响应谱对要求的加速度响应谱的包络情况，图中TRS线为台面实现的谱线，RRS线为要求的加速度响应谱。

设备冷却水泵机组样机在地震试验中所测的加速度最大值为6.34 g，应力最大值为33.91 MPa，台面各个方向的加速度峰值均大于要求谱值的零周期值。

每次地震试验中机组运行和启动均正常。每次地震试验后，均进行了基本性能试验，同时对设备冷却水泵机组样机进行了检查，没有发现变形和损伤，结构完整。

3 结论

中国核动力研究设计院核级设备鉴定中心遵照有关规范的要求，采用多频波法在6 m×6 m地震模拟台上完成了NCP500/56型设备冷却水泵机组样机的抗震鉴定试验，结论如下：（1）抗震鉴定试验中，地震台输入加速度载荷满足试验大纲的要求，试验是有效的；（2）设备冷却水泵机组样机在抗震试验前、中、后均保持结构完整，机械结构无破损，整体结构无可视的永久变形；（3）设备冷却水泵机组样机具有足够的抗震强度；（4）设备冷却水泵机组样机在抗震试验前、中、后均能正常启动和运行；（5）设备冷却水泵机组样机在试验前、试验中、试验后的性能指标均满足要求。

综上所述，NCP500/56型设备冷却水泵机组样机在规定的地震载荷条件下抗震鉴定合格。

参考文献

[1] HAF J0053.核设备抗震鉴定试验指南[S].1995.

[2] GB50267.核电厂抗震设计规范[S].1998.

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[4] 方庆贤.核电厂设备抗震鉴定的审评[J].核动力工程，1995，16（5）：394-400.