梁玉波（江蘇電力裝備有限公司，江蘇 常州 213012）

淺析CPR1000核電廠防甩裝置安全性試驗設(shè)計

梁玉波
（江蘇電力裝備有限公司，江蘇 常州 213012）

通過本文的防甩裝置安全性試驗設(shè)計驗證CPR1000核電廠防甩裝置的安全性；獲取實測的U-bolt沖擊試驗和材料動態(tài)拉伸試驗數(shù)據(jù)，對現(xiàn)有甩擊力計算方法進行驗證與改進，為設(shè)計提供參考和依據(jù)；有助于實現(xiàn)核島防甩裝置的國產(chǎn)化。

核電廠；防甩裝置；安全性試驗

1　引言

核電廠高能管道在運行期間會有壓力的脈動和過高的壓力出現(xiàn)，使管道材料機械性能降低，從而可能引起管道破裂。管道突然破裂，泄露的高壓流體會對管道產(chǎn)生很大的橫向力，在噴射力的作用下，破裂的管道會產(chǎn)生很高的橫向速度，并使管道繞著管道上的一個局部變形區(qū)作高速旋轉(zhuǎn)運動，即管道甩動現(xiàn)象，破裂的管道會打到其他管道、設(shè)備或儀表上，造成這些器件的破壞，從而加劇事故的嚴重性，造成連鎖式的危害。為了減輕管道破裂產(chǎn)生的后果，需要對管道破裂后的甩動規(guī)律進行認真研究，并設(shè)置相應的防護措施，盡量減少可能的破壞。

為了驗證驗證CPR1000核電廠防甩裝置的安全性，對防甩裝置（以下簡稱U-bolt）進行沖擊試驗、材料動態(tài)拉伸試驗和計算機仿真模擬，以獲取實測的U-bolt沖擊試驗和材料動態(tài)拉伸試驗數(shù)據(jù)，對現(xiàn)有甩擊力計算方法進行驗證與改進，為設(shè)計提供參考和依據(jù)，同時也將有助于實現(xiàn)核島防甩裝置的國產(chǎn)化。

2　試驗設(shè)備和儀器

2.1電子萬能試驗機

低應變率拉伸試驗使用電子萬能試驗機進行。該電子萬能試驗機型號為DDL50，由長春機械科學研究院有限公司制造，可實現(xiàn)0～500 mm/min的加載速度，最高載荷達50 kN，主要包括加載試驗系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。配置不同夾具，可用于金屬材料、非金屬材料、復合材料性能的拉伸、雙向拉伸、壓縮、剪切、壓彎、扭轉(zhuǎn)、剪切、剝離、撕裂以及應力、應變控制試驗等。同時和試驗機廠家合作開發(fā)，將試驗室非接觸圖像采集系統(tǒng)集成于一體，提高了試驗中變形測量精度。

2.2中應變率液壓伺服材料試驗機

中應變率拉伸試驗使用中應變率液壓伺服材料試驗機進行。該試驗設(shè)備由試驗室自主設(shè)計，采用了液壓動力系統(tǒng)，可以在試驗過程中提供穩(wěn)定的動力輸入，通過設(shè)計不同尺寸的試件，中應變率材料試驗機可以實現(xiàn)汽車碰撞模擬中重點關(guān)注的1～500 /s應變率范圍的材料拉伸試驗，同時設(shè)計不同夾具，在該設(shè)備上實現(xiàn)了材料的剪切、壓縮、彎曲、穿孔等試驗。

3　CPR1000核電廠防甩裝置安全性試驗安排

CPR1000核電廠防甩裝置的安全性試驗內(nèi)容包括3種不同的U-bolt進行沖擊試驗、材料拉伸試驗和計算機仿真模擬。

3.1沖擊試驗

對3種不同結(jié)構(gòu)的U-bolt，包括有護板和無護板情況，在指定的能量下進行臺車動態(tài)沖擊試驗。其中對U-bolt-1進行10次有效的臺車動態(tài)沖擊試驗，對U-bolt-2和U-bolt-3各進行4次有效的臺車動態(tài)沖擊試驗。

3.2材料拉伸試驗

主要包括：臺車動態(tài)沖擊后靜態(tài)拉伸試驗、：在沖擊試驗結(jié)束后，選取試驗后為斷裂并且無護板的U-bolt進行靜態(tài)拉伸試驗。其中對U-bolt-1進行7次有效的臺車動態(tài)試驗后的靜態(tài)拉伸試驗，對U-bolt-2和U-bolt-3分別進行3次有效的臺車動態(tài)試驗后的靜態(tài)拉伸試驗。

4　CPR1000核電廠防甩裝置安全性試驗設(shè)計方案

4.1U-bolt靜態(tài)拉伸試驗

進行U-bolt靜態(tài)拉伸試驗是為了找到U-bolt結(jié)構(gòu)上的薄弱處。進行U-bolt靜態(tài)拉伸試驗需要針對3種U-bolt結(jié)構(gòu)分別進行夾具的設(shè)計，由于U-bolt本身尺寸較大，需提前確定萬能試驗機是否能夠完成U-bolt靜態(tài)拉伸試驗，如不能需要更換行程更大的試驗儀器設(shè)備。

在U-bolt靜態(tài)拉伸試驗過程中，萬能試驗機自身能夠采集加載力、加載時間和位移信息。此外，在合適的條件下可以在U-bolt結(jié)構(gòu)的弧頂、圓弧與直管相交處和直管底端分別粘貼應變片，測量靜態(tài)拉伸過程中U-bolt各處的應變信息。試驗流程如下：

（1）安裝夾具；

（2）對試件進行編號，粘貼應變片，拍照；

（3）根據(jù)試驗內(nèi)容調(diào)整試驗設(shè)備參數(shù)，測量試驗室內(nèi)溫度、濕度；

（4）裝夾試件，并檢查；

（5）操作試驗設(shè)備進行拉伸，同時完成試驗數(shù)據(jù)采集；

（6）保存試驗數(shù)據(jù)；

（7）拆卸試件，拍照，準備下一次試驗。

4.2U-bolt動態(tài)沖擊試驗

U-bolt動態(tài)沖擊試驗主要模擬實際管道破裂后對U-bolt的沖擊，檢驗U-bolt的吸能。試驗中通過調(diào)整臺車速度和質(zhì)量使臺車以試驗規(guī)定的能量撞擊U-bolt，在碰撞過程中忽略摩擦、U-bolt安裝支架變形等引起的能量損耗，認為臺車的全部動能均由U-bolt變形吸收。

試驗過程中需要根據(jù)3種不同的U-bolt結(jié)構(gòu)設(shè)計安裝支架，并設(shè)計臺車的碰撞頭。之后進行試撞，根據(jù)試裝結(jié)果檢驗試驗中設(shè)置的撞擊能量的合理性，并進行調(diào)整。試驗中在臺車上安裝2-3個加速度傳感器，采集臺車加速度信號，在合適的條件下可以在U-bolt結(jié)構(gòu)的弧頂、圓弧與直管相交處和直管底端分別粘貼應變片，測量動態(tài)沖擊過程中U-bolt各處的應變信息。試驗中U-bolt水平放置，臺車前安裝豎管與其碰撞。

5　結(jié)語

核電廠防甩裝置安全性試驗設(shè)計是一項復雜的系統(tǒng)性工程，防甩擊結(jié)構(gòu)在CPR1000壓水堆核電站中占有非常重要的地位，因此只有對其內(nèi)部及外部與公共安全相關(guān)的因素進行全面的評估，最終使得核安全的風險大大降低。本文論述了核電站防甩裝置性能實驗測試規(guī)范，設(shè)計了實驗過程，為核電站防甩裝置性能測試提供依據(jù)。

［1］Brock D.工程斷裂力學基礎(chǔ)［M］.王克仁等譯.北京:科學出版社，1980.

［2］馮奕敏，周雷靖.核電站常規(guī)島內(nèi)防甩擊結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介［J］.建筑設(shè)計，2009（11）:17-18.

［3］彭雪平，周玉.核電站常規(guī)島防甩裝置動力荷載分析［J］.廣東土木與建筑，2010（09）:15-17.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.144

梁玉波（1980-），男，遼寧建平人，工程師，江蘇電力裝備有限公司設(shè)計人員。