尚 恒，葛 磊

(上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，上海 200240)

核電廠設(shè)備開(kāi)展抗震鑒定試驗(yàn)主要依據(jù)核電廠設(shè)計(jì)規(guī)范書(shū)或鑒定試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的地震反應(yīng)譜。三代非能動(dòng)核電廠抗震鑒定試驗(yàn)在位移和加速度指標(biāo)上提出了更高的要求，國(guó)內(nèi)原有的地震試驗(yàn)系統(tǒng)大都難以完全滿(mǎn)足新的抗震鑒定試驗(yàn)要求。鑒于此，筆者根據(jù)開(kāi)展三代核電設(shè)備抗震鑒定試驗(yàn)所要求的地震模擬試驗(yàn)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)抗震鑒定試驗(yàn)系統(tǒng))性能參數(shù)，結(jié)合該系統(tǒng)的特點(diǎn)和工程需要進(jìn)行選型及方案優(yōu)化，最終提出了一套抗震鑒定試驗(yàn)系統(tǒng)的推薦選型方案。

1 抗震鑒定試驗(yàn)系統(tǒng)性能參數(shù)

三代非能動(dòng)核電廠需要開(kāi)展抗震鑒定試驗(yàn)的設(shè)備分為管線安裝設(shè)備和樓板安裝設(shè)備。根據(jù)IEEE std-344—2013 《核電站用1E級(jí)設(shè)備抗震鑒定的實(shí)施規(guī)程》和IEEE std-382—2006 《核電站用閥門(mén)驅(qū)動(dòng)裝置鑒定》，管線安裝設(shè)備需要進(jìn)行2/3RIM(required input motion)試驗(yàn)及RIM試驗(yàn)，樓板安裝設(shè)備需要進(jìn)行1/2RRS(required response spectrum)試驗(yàn)及RRS試驗(yàn)。若設(shè)備的安裝形式既涉及管線安裝又涉及樓板安裝，則應(yīng)對(duì)此設(shè)備分別進(jìn)行單頻率RIM試驗(yàn)和多頻率RRS試驗(yàn)。

葛磊等[1]對(duì)三代核電地震試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)指標(biāo)的確定進(jìn)行了研究，得到了地震試驗(yàn)系統(tǒng)的初步性能參數(shù)(見(jiàn)表1，X、Y方向?yàn)樗椒较?，Z方向?yàn)榇怪狈较?。

表1 地震試驗(yàn)系統(tǒng)的初步性能參數(shù)

2 初步選型方案

鑒于RRS試驗(yàn)要求在三個(gè)方向同時(shí)運(yùn)動(dòng)，并且在低頻段(<2 Hz)需要實(shí)現(xiàn)大位移，而電磁振動(dòng)臺(tái)的設(shè)備固有特性決定了無(wú)法實(shí)現(xiàn)大位移，因此抗震鑒定試驗(yàn)系統(tǒng)不能選用電磁振動(dòng)臺(tái)，必須選用三軸六自由度液壓振動(dòng)臺(tái)。

通過(guò)對(duì)三代非能動(dòng)核電廠安全相關(guān)設(shè)備的分析，確定某一型號(hào)閥門(mén)的質(zhì)量和尺寸可基本包絡(luò)大多數(shù)需要開(kāi)展抗震鑒定試驗(yàn)的設(shè)備，其最大開(kāi)檔尺寸為1.1 m，總質(zhì)量為3.4 t。該閥門(mén)在抗震鑒定試驗(yàn)時(shí)需要連接管道和其他附件(如支架)等，最終設(shè)備的總長(zhǎng)度約為2 m，總質(zhì)量約為5 t。同時(shí)，為保留一定的裕量，初步考慮將抗震鑒定試驗(yàn)系統(tǒng)的臺(tái)面尺寸設(shè)計(jì)為2.5 m×2.5 m，系統(tǒng)最大負(fù)載為6 t。

抗震鑒定試驗(yàn)系統(tǒng)的初步選型方案見(jiàn)表2。

表2 抗震鑒定試驗(yàn)系統(tǒng)的初步選型方案

3 方案優(yōu)化及最終選型方案

結(jié)合三軸六自由度液壓振動(dòng)臺(tái)的工作原理及特性進(jìn)行綜合分析，如果采用表2的參數(shù)作為抗震鑒定試驗(yàn)系統(tǒng)的選型參數(shù)，在系統(tǒng)研制過(guò)程中可能遇到以下技術(shù)問(wèn)題：

(1) 為了實(shí)現(xiàn)低頻位移段要求，即水平最大位移為±280 mm、垂直最大位移為±180 mm，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高頻段最大加速度達(dá)到8g，需要設(shè)計(jì)行程很長(zhǎng)的抗震鑒定試驗(yàn)系統(tǒng)的作動(dòng)器推力桿，可能導(dǎo)致油柱共振頻率和作動(dòng)器側(cè)向共振頻率偏低，一旦發(fā)生共振，在高頻加速度段難以保證8g的設(shè)計(jì)要求。與此同時(shí)，在2.5 m×2.5 m的臺(tái)面尺寸條件下，實(shí)現(xiàn)表2中提出的水平、垂直方向的大位移，會(huì)導(dǎo)致球鉸的擺角過(guò)大，容易引起機(jī)械干涉，可能進(jìn)一步影響系統(tǒng)控制特性，甚至影響抗震鑒定試驗(yàn)系統(tǒng)的安全性。而且球鉸設(shè)計(jì)中擺角越大，其剛度可能會(huì)越差，同樣造成作動(dòng)器的側(cè)向共振頻率偏低，也會(huì)對(duì)高頻段最大加速度達(dá)到8g的設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生不利影響。

(2) 中頻段要求水平最大速度為4.5 m/s、垂直最大速度為3.5 m/s，則要求配有超大流量的伺服閥，尤其在6 t負(fù)載的條件下，伺服閥的頻響性能將大幅下降，難以保證64 Hz之后達(dá)到最大加速度為8g的設(shè)計(jì)要求。

綜合考慮以上因素，按照表2的參數(shù)建造抗震鑒定系統(tǒng)不僅技術(shù)難度大，而且存在安全隱患，可實(shí)施性較低。

由于抗震鑒定試驗(yàn)系統(tǒng)的位移和速度的極限要求均來(lái)自RRS試驗(yàn)，結(jié)合工程實(shí)際中不同樓層反應(yīng)譜的反演結(jié)果，根據(jù)設(shè)備質(zhì)量、尺寸進(jìn)行分類(lèi)(A類(lèi)設(shè)備質(zhì)量為100～4 000 kg，尺寸為0.5 m×0.5 m×0.5 m～1.5 m×1.5 m×1.5 m，占需要開(kāi)展抗震鑒定設(shè)備類(lèi)型總數(shù)的95%以上；B類(lèi)設(shè)備質(zhì)量≤100 kg，尺寸≤0.5 m×0.5 m×0.5 m，占需要開(kāi)展抗震鑒定設(shè)備類(lèi)型總數(shù)的3%以下)，分別提出針對(duì)不同類(lèi)型設(shè)備開(kāi)展抗震鑒定試驗(yàn)的系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的主要性能參數(shù)(見(jiàn)表3)。

表3 主要設(shè)備的RRS試驗(yàn)參數(shù)

從表3可以看出：三代非能動(dòng)核電廠需要開(kāi)展抗震鑒定試驗(yàn)的設(shè)備中，A類(lèi)設(shè)備進(jìn)行RRS試驗(yàn)所要求的位移、加速度和速度等顯著低于B類(lèi)設(shè)備同類(lèi)參數(shù)；B類(lèi)設(shè)備雖然要求的參數(shù)高，但質(zhì)量和尺寸都較小。如果將A、B兩類(lèi)設(shè)備抗震鑒定試驗(yàn)要求分別考慮，可研發(fā)和建造2套三軸六自由度液壓振動(dòng)臺(tái)。該方案在滿(mǎn)足A類(lèi)和B類(lèi)設(shè)備抗震試驗(yàn)要求的同時(shí)，也可降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和建設(shè)成本，并提高設(shè)備運(yùn)行安全性。

根據(jù)以上方案，2套三軸六自由度液壓臺(tái)的推薦選型參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 2套三軸六自由度液壓振動(dòng)臺(tái)的最終選型方案

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合工程實(shí)際對(duì)不同樓層反應(yīng)譜的反演結(jié)果及對(duì)應(yīng)的設(shè)備質(zhì)量、尺寸分類(lèi)，并考慮一定的裕量，最終得出了適用于三代非能動(dòng)核電設(shè)備的抗震鑒定試驗(yàn)系統(tǒng)選型推薦方案。