尚 恒，葛 磊

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

核電廠設(shè)備開展抗震鑒定試驗主要依據(jù)核電廠設(shè)計規(guī)范書或鑒定試驗標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的地震反應(yīng)譜。三代非能動核電廠抗震鑒定試驗在位移和加速度指標(biāo)上提出了更高的要求，國內(nèi)原有的地震試驗系統(tǒng)大都難以完全滿足新的抗震鑒定試驗要求。鑒于此，筆者根據(jù)開展三代核電設(shè)備抗震鑒定試驗所要求的地震模擬試驗系統(tǒng)(簡稱抗震鑒定試驗系統(tǒng))性能參數(shù)，結(jié)合該系統(tǒng)的特點和工程需要進行選型及方案優(yōu)化，最終提出了一套抗震鑒定試驗系統(tǒng)的推薦選型方案。

1 抗震鑒定試驗系統(tǒng)性能參數(shù)

三代非能動核電廠需要開展抗震鑒定試驗的設(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級設(shè)備抗震鑒定的實施規(guī)程》和IEEE std-382—2006 《核電站用閥門驅(qū)動裝置鑒定》，管線安裝設(shè)備需要進行2/3RIM(required input motion)試驗及RIM試驗，樓板安裝設(shè)備需要進行1/2RRS(required response spectrum)試驗及RRS試驗。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)對此設(shè)備分別進行單頻率RIM試驗和多頻率RRS試驗。

葛磊等[1]對三代核電地震試驗系統(tǒng)運動參數(shù)指標(biāo)的確定進行了研究，得到了地震試驗系統(tǒng)的初步性能參數(shù)(見表1，X、Y方向為水平方向，Z方向為垂直方向)。

表1 地震試驗系統(tǒng)的初步性能參數(shù)

2 初步選型方案

鑒于RRS試驗要求在三個方向同時運動，并且在低頻段(<2 Hz)需要實現(xiàn)大位移，而電磁振動臺的設(shè)備固有特性決定了無法實現(xiàn)大位移，因此抗震鑒定試驗系統(tǒng)不能選用電磁振動臺，必須選用三軸六自由度液壓振動臺。

通過對三代非能動核電廠安全相關(guān)設(shè)備的分析，確定某一型號閥門的質(zhì)量和尺寸可基本包絡(luò)大多數(shù)需要開展抗震鑒定試驗的設(shè)備，其最大開檔尺寸為1.1 m，總質(zhì)量為3.4 t。該閥門在抗震鑒定試驗時需要連接管道和其他附件(如支架)等，最終設(shè)備的總長度約為2 m，總質(zhì)量約為5 t。同時，為保留一定的裕量，初步考慮將抗震鑒定試驗系統(tǒng)的臺面尺寸設(shè)計為2.5 m×2.5 m，系統(tǒng)最大負(fù)載為6 t。

抗震鑒定試驗系統(tǒng)的初步選型方案見表2。

表2 抗震鑒定試驗系統(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臺的工作原理及特性進行綜合分析，如果采用表2的參數(shù)作為抗震鑒定試驗系統(tǒng)的選型參數(shù)，在系統(tǒng)研制過程中可能遇到以下技術(shù)問題：

(1) 為了實現(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，同時實現(xiàn)高頻段最大加速度達到8g，需要設(shè)計行程很長的抗震鑒定試驗系統(tǒng)的作動器推力桿，可能導(dǎo)致油柱共振頻率和作動器側(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)計要求。與此同時，在2.5 m×2.5 m的臺面尺寸條件下，實現(xiàn)表2中提出的水平、垂直方向的大位移，會導(dǎo)致球鉸的擺角過大，容易引起機械干涉，可能進一步影響系統(tǒng)控制特性，甚至影響抗震鑒定試驗系統(tǒng)的安全性。而且球鉸設(shè)計中擺角越大，其剛度可能會越差，同樣造成作動器的側(cè)向共振頻率偏低，也會對高頻段最大加速度達到8g的設(shè)計要求產(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之后達到最大加速度為8g的設(shè)計要求。

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，可實施性較低。

由于抗震鑒定試驗系統(tǒng)的位移和速度的極限要求均來自RRS試驗，結(jié)合工程實際中不同樓層反應(yīng)譜的反演結(jié)果，根據(jù)設(shè)備質(zhì)量、尺寸進行分類(A類設(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，占需要開展抗震鑒定設(shè)備類型總數(shù)的95%以上；B類設(shè)備質(zhì)量≤100 kg，尺寸≤0.5 m×0.5 m×0.5 m，占需要開展抗震鑒定設(shè)備類型總數(shù)的3%以下)，分別提出針對不同類型設(shè)備開展抗震鑒定試驗的系統(tǒng)應(yīng)達到的主要性能參數(shù)(見表3)。

表3 主要設(shè)備的RRS試驗參數(shù)

從表3可以看出：三代非能動核電廠需要開展抗震鑒定試驗的設(shè)備中，A類設(shè)備進行RRS試驗所要求的位移、加速度和速度等顯著低于B類設(shè)備同類參數(shù)；B類設(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兩類設(shè)備抗震鑒定試驗要求分別考慮，可研發(fā)和建造2套三軸六自由度液壓振動臺。該方案在滿足A類和B類設(shè)備抗震試驗要求的同時，也可降低技術(shù)風(fēng)險和建設(shè)成本，并提高設(shè)備運行安全性。

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

表4 2套三軸六自由度液壓振動臺的最終選型方案

4 結(jié)語

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