新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)組的抗震試驗(yàn)方法

 

摘要：對(duì)于安全級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，抗震鑒定是其必須鑒定的主要部分內(nèi)容。通過(guò)抗震試驗(yàn)，測(cè)定安全級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組的自振頻率、振型、阻尼等振動(dòng)參數(shù)和地震反應(yīng)，考核柴油發(fā)電機(jī)組的剛度（變形）、強(qiáng)度和位移，驗(yàn)證柴發(fā)在地震載荷的作用下能否正常工作，保持其完整性和可運(yùn)行性，以履行柴油發(fā)電機(jī)組安全功能?？得魉构驹诒疚?/span>以某核電工程核安全級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組在地震模擬振動(dòng)臺(tái)上的抗震試驗(yàn)為例，簡(jiǎn)要介紹核安全級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組抗震試驗(yàn)方法。

 

一、試驗(yàn)依據(jù)

 

      核級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組的主要功能是當(dāng)核電廠正常電力供應(yīng)發(fā)生意外事故時(shí)，對(duì)整個(gè)核電廠應(yīng)急供電，使反應(yīng)堆保持在安全狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，應(yīng)急機(jī)組應(yīng)在規(guī)定時(shí)限內(nèi)迅速啟動(dòng)，短時(shí)間內(nèi)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速和電壓，并接受相應(yīng)的負(fù)荷。這就要求應(yīng)急機(jī)組具有良好的抗震性能和快速啟動(dòng)能力。

      本試驗(yàn)按照經(jīng)國(guó)家核安全局批準(zhǔn)的《安全級(jí)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組樣機(jī)抗震試驗(yàn)程序》所規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行。試驗(yàn)程序所引用文件有：

（1）GB/T12727-2002《核電廠安全系統(tǒng)電氣設(shè)備質(zhì)量鑒定》；

（2）GB13625-92《核電廠安全系統(tǒng)電氣設(shè)備抗震鑒定》；

（3）EJ625-2004《核電廠備用電源用柴油發(fā)電機(jī)組準(zhǔn)則》；

（4）EJ628-1999《核電廠安全級(jí)連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量鑒定》；

（5）HAFJ0053-1995《核設(shè)備抗震鑒定測(cè)試指南》；

（6）IEEE344《推薦的核電廠1E物項(xiàng)抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》；

（7）IEEE387-1995《IEEE Standard Criteria for Diesel-Generator Units Applied as Standby Power Supplies for Nuclear Power Generating Stations》。

      核級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備屬核安全3級(jí)，抗震1A類(lèi)設(shè)備，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，該設(shè)備必須進(jìn)行抗震檢驗(yàn)。對(duì)機(jī)械設(shè)備既可以通過(guò)試驗(yàn)法進(jìn)行抗震鑒定，也可以通過(guò)分析法來(lái)進(jìn)行抗震檢驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行抗震檢驗(yàn)是非常直觀的，也是國(guó)內(nèi)一直用于檢驗(yàn)復(fù)雜核設(shè)備抗震性能的方法。但該方法不但耗費(fèi)巨大的人力物力，而且周期長(zhǎng)。日本多渡津工程研究所從1987—1991年利用超大型地震臺(tái)進(jìn)行了1100 MW核電廠應(yīng)急機(jī)組地震考核。隨著計(jì)算機(jī)輔助工程的發(fā)展，國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始采用數(shù)值模擬方法來(lái)對(duì)復(fù)雜核設(shè)備的抗震性能進(jìn)行檢驗(yàn)。法國(guó)SACM公司用分析方法對(duì)應(yīng)急機(jī)組進(jìn)行了抗震性能檢驗(yàn)。我國(guó)已投入運(yùn)行的核反應(yīng)堆中，早期大都采用抗震試驗(yàn)(如HTR-10)，隨著研究工作的深入，近年來(lái)越來(lái)越多的是通過(guò)分析方法進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)組的抗震鑒定(如CARR)，并得到了相關(guān)部門(mén)的認(rèn)可。

 

圖1  C3300D5型康明斯柴油發(fā)電機(jī)組平面結(jié)構(gòu)圖（核安全級(jí)）

圖2  C3300D5型康明斯柴油發(fā)電機(jī)組側(cè)面結(jié)構(gòu)圖（核安全級(jí)）

 

二、試驗(yàn)內(nèi)容

 

      安全級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)急機(jī)組進(jìn)行抗震分析的最終目的是為安全評(píng)定提供該設(shè)備在設(shè)定地震載荷作用下的結(jié)構(gòu)完整性和可運(yùn)行性的資料。本文選取典型設(shè)備的柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、公用底座、增壓器以及連接螺栓進(jìn)行抗震分析。試驗(yàn)內(nèi)容分為兩個(gè)部分。

1、動(dòng)力特性試驗(yàn)

      用自噪聲隨機(jī)波沿X（南北向）、Y（東西向）、Z三個(gè)方向分別進(jìn)行連續(xù)激振，測(cè)定發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)三個(gè)方向的自振頻率以及阻尼比。

2、抗震性能考核試驗(yàn)

      抗震性能考核試驗(yàn)由5次OBE（運(yùn)行基準(zhǔn)地震）和一次SSE（安全停堆地震）地震波激振組成。

      地震考核試驗(yàn)采用的反應(yīng)譜為柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)房標(biāo)高為0.0m樓層的加速度反應(yīng)譜對(duì)X、Y和Z三方向輸入的波形適當(dāng)放大10％，以保證臺(tái)面實(shí)際波形包絡(luò)試驗(yàn)要求的反應(yīng)譜。OBE人工地震波采用的是阻尼比ξ＝2％的反應(yīng)譜，加速度幅值為生成地震波的0.65倍的人工地震波。SSE人工地震波則直接采用阻尼比ξ＝4％的反應(yīng)譜所生成的人工地震波。試驗(yàn)時(shí)向三根優(yōu)選軸同時(shí)輸入激勵(lì)波，人工地震波應(yīng)有6個(gè)強(qiáng)周期波。人造地震加速度時(shí)程應(yīng)在包括樓板反應(yīng)譜的整個(gè)頻段為0.5～34Hz，持續(xù)時(shí)間為30s。如果5Hz以下沒(méi)有共振點(diǎn)，則要求響應(yīng)譜在3.5Hz以上被包絡(luò)。

 

三、試驗(yàn)步驟

 

1、設(shè)備的安裝

      安全級(jí)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組樣機(jī)的底座和配套集成的控制柜和開(kāi)關(guān)柜分別通過(guò)連接鋼板，用螺栓固定在模擬地震振動(dòng)臺(tái)上。安全級(jí)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組樣機(jī)及控制柜和開(kāi)關(guān)柜安裝。

2、傳感器測(cè)點(diǎn)布置

      安全級(jí)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組樣機(jī)上布置有10個(gè)三方向的加速度測(cè)點(diǎn)，共30個(gè)加速度計(jì)和3個(gè)單向應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，共3個(gè)應(yīng)變計(jì)。柴油發(fā)電機(jī)組測(cè)點(diǎn)布置圖（參見(jiàn)圖3）。

（1）對(duì)于加速度測(cè)點(diǎn)，水箱頂部的A1測(cè)點(diǎn)X、Y、Z向分別是1、2、3通道；

（2）柴油機(jī)飛輪上方的A2測(cè)點(diǎn)X、Y、Z向分別是4、5、6通道；

（3）柴油機(jī)機(jī)體上部的A3測(cè)點(diǎn)X、Y、Z向分別是7、8、9通道；

（4）控制屏內(nèi)主控器上部的A4測(cè)點(diǎn)X、Y、Z向分別是10、11、12通道；

（5）控制屏頂部的A5測(cè)點(diǎn)X、Y、Z向分別是13、14、15通道；

（6）發(fā)電機(jī)后端中部的A6測(cè)點(diǎn)X、Y、Z向分別是16、17、18通道；

（7）發(fā)電機(jī)組根部的A7測(cè)點(diǎn)X、Y、Z向分別是19、20、21通道；

（8）開(kāi)關(guān)柜頂部的A8測(cè)點(diǎn)X、Y、Z向分別是22、23、24通道；

（9）開(kāi)關(guān)安裝板上面的A9測(cè)點(diǎn)X、Y、Z向分別是25、26、27通道；

（10）振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上的A10測(cè)點(diǎn)X、Y、Z向分別是28、29、30通道。

（11）對(duì)于應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，控制屏根部的S1測(cè)點(diǎn)是1通道；

（12）發(fā)電機(jī)組根部的S2測(cè)點(diǎn)是2通道；

（13）開(kāi)關(guān)安裝板上面的S3測(cè)點(diǎn)是3通道。

 

圖3    安全級(jí)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組樣機(jī)測(cè)點(diǎn)布置. A1-水箱頂部；A2-柴油機(jī)飛輪上方； A3-柴油機(jī)機(jī)體上部；A4、A5-控制 ；A10-振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上； A6-發(fā)電機(jī)后端中部； A7、A8-開(kāi)關(guān)柜頂部； A9-開(kāi)關(guān)安裝板上面 ； S1、S2、S3-開(kāi)關(guān)安裝板上面

 

 

3、臺(tái)面輸入波形

      用自噪聲隨機(jī)波激振測(cè)自振頻率。自噪聲激振輸入分別以X、Y、Z3個(gè)方向輸入，頻率范圍為0.5～50Hz，激振幅值為0.2g。為得到較高精度的測(cè)量值，激振持續(xù)時(shí)間為180s。自噪聲信號(hào)經(jīng)處理得到試件結(jié)構(gòu)的自振特性。

      對(duì)振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面輸入的地震波是按照業(yè)主提供的抗震試驗(yàn)程序中的反應(yīng)譜生成的。按要求OBE和SSE的反應(yīng)譜應(yīng)取所給不同阻尼比值的反應(yīng)譜并乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)。其中，OBE為所給譜幅值×0.65，取阻尼比為2％的反應(yīng)譜來(lái)生成；SSE為所給譜幅值×1，取阻尼比4％的反應(yīng)譜來(lái)生成。人造地震加速度時(shí)程應(yīng)包括樓板反應(yīng)譜的整個(gè)頻段0.5～34Hz，持續(xù)時(shí)間為30s。

4、試驗(yàn)順序

      X、Y、Z三個(gè)方向分別以0.1～50Hz自噪聲隨機(jī)波輸入，振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為180s，幅值為0.2g，測(cè)量被測(cè)設(shè)備的自振頻率及阻尼比。

（1）第一次OBE地震考核試驗(yàn)；

（2）第二次OBE地震考核試驗(yàn)；

（3）第三次OBE地震考核試驗(yàn)；

（4）第四次OBE地震考核試驗(yàn)；

（5）第五次OBE地震考核試驗(yàn)，空載啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組；

（6）第一次SSE地震考核試驗(yàn)，空載啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組；

      被測(cè)柴油發(fā)電機(jī)組在空載啟動(dòng)時(shí)須檢測(cè)其電氣性能。

 

四、試驗(yàn)結(jié)果

 

1、被測(cè)設(shè)備的自振頻率及阻尼比

 

      分別沿X、Y、Z三個(gè)方向用自噪聲輸入進(jìn)行激振，各響應(yīng)測(cè)點(diǎn)的加速度信號(hào)經(jīng)處理后得到一組頻響函數(shù)幅值曲線。試件的自振頻率及阻尼比見(jiàn)表1。

表1    安全級(jí)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組樣機(jī)自振頻率及阻尼比

      安全級(jí)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組樣機(jī)本身剛度較大，但由于底座下加裝減震器后導(dǎo)致整體剛度有所下降。從自噪聲激振并通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到的傳遞函數(shù)幅值曲線可知，發(fā)電機(jī)組樣機(jī)X向的基頻5.882Hz，Y向的基頻8.053Hz，Z向的基頻14.453Hz。

2、向OBE反應(yīng)譜及生成的地震波曲線

      X向（通道1）、Y向（通道2）、Z向（通道3）OBE反應(yīng)譜及生成的地震波曲線如圖5所示。

 

圖4    X、Y和Z向OBE反應(yīng)譜及生成的地震波曲線圖

 

      從振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面實(shí)際采集記錄的三個(gè)方向加速度時(shí)程計(jì)算出反應(yīng)譜曲線可看到，OBE地震波的實(shí)際反應(yīng)譜已包絡(luò)期望反應(yīng)譜。

3、向SSE反應(yīng)譜及生成的地震波曲線

      X向（通道1）、Y向（通道2）、Z向（通道3）SSE反應(yīng)譜及生成的地震波曲線如圖6所示。

      從振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面實(shí)際采集記錄的三個(gè)方向加速度時(shí)程計(jì)算出反應(yīng)譜曲線可看到，SSE地震波的實(shí)際反應(yīng)譜已包絡(luò)期望反應(yīng)譜。

 

圖5    X、Y和Z向SSE反應(yīng)譜及生成的地震波曲線圖

 

五、試驗(yàn)合格判斷

 

（1）所進(jìn)行試驗(yàn)的發(fā)電機(jī)組設(shè)備在人工地震振動(dòng)過(guò)程中應(yīng)處于良好的可運(yùn)行狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)連接件無(wú)松動(dòng)脫落，各焊接部位牢固無(wú)裂紋。試驗(yàn)樣機(jī)無(wú)漏油、漏水漏氣，電氣線路布線整齊，連接性能良好。

（2）在第五次OBE和第一次SSE地震考核試驗(yàn)時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行空載啟動(dòng)。發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)組的電壓、頻率等運(yùn)行參數(shù)，發(fā)電機(jī)組應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)建立穩(wěn)定的電壓和頻率。

（3）抗震試驗(yàn)結(jié)束后必須對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行最終檢驗(yàn)，應(yīng)對(duì)設(shè)備的外型、結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行測(cè)試和檢查，并與試驗(yàn)前的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比，以證明設(shè)備在地震后的完整性、功能性和可運(yùn)行性，必要時(shí)可拆卸檢查。

（4）安全級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組的抗震試驗(yàn)受到振動(dòng)臺(tái)設(shè)備能力的限制，目前只能做2000kW以下功率段發(fā)電機(jī)組的試驗(yàn)，2000kW以上功率段發(fā)電機(jī)組的抗震鑒定只能通過(guò)分析計(jì)算來(lái)進(jìn)行，但分析計(jì)算的軟件必須是可靠的，有足夠的精確度的，且得到有關(guān)核安全監(jiān)管部門(mén)的認(rèn)可。

      地震模擬振動(dòng)臺(tái)上的抗震試驗(yàn)為破壞性試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)抗震試驗(yàn)的設(shè)備一般不應(yīng)作為產(chǎn)品安裝于核電站，除非能證明由于抗震鑒定試驗(yàn)所帶來(lái)的累計(jì)的應(yīng)力循環(huán)所引起的疲勞不會(huì)使設(shè)備降級(jí)，影響其履行安全功能的能力。

 

總結(jié)：

      為驗(yàn)證核安全級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組的抗震I類(lèi)功能，必須進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)組的抗震鑒定。通過(guò)進(jìn)行抗震鑒定驗(yàn)證其各組成部分在地震荷載的作用下是否能夠保持完整，正常運(yùn)行，在多大的荷載下回破壞發(fā)電機(jī)組的整體結(jié)構(gòu)，影響發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。在鑒定的時(shí)候，應(yīng)按照鑒各部件尺寸、形狀以及復(fù)雜程度來(lái)確定相應(yīng)的鑒定方法。抗震鑒定可采用分析方法、試驗(yàn)方法或分析與試驗(yàn)相結(jié)合的方法。另外，還可采用經(jīng)驗(yàn)反饋方法進(jìn)行推理論證。當(dāng)分析不足以合理又可信地證實(shí)抗震I類(lèi)設(shè)備的完整性和可運(yùn)行性時(shí)，必須用試驗(yàn)法進(jìn)行鑒定。上述文章所列內(nèi)容只介紹核安全級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組在地震模擬振動(dòng)臺(tái)上的抗震試驗(yàn)方法，若需了解其他內(nèi)容請(qǐng)?jiān)诳得魉构倬W(wǎng)搜索相關(guān)關(guān)鍵詞。

 

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