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(yàn)設(shè)計(jì)
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(yàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證CPR1000核電廠防甩裝置的安全性;獲取實(shí)測(cè)的U-bolt沖擊試驗(yàn)和材料動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)現(xiàn)有甩擊力計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證與改進(jìn),為設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù);有助于實(shí)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(yàn)
核電廠高能管道在運(yùn)行期間會(huì)有壓力的脈動(dòng)和過高的壓力出現(xiàn),使管道材料機(jī)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(huì)對(duì)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(huì)產(chǎn)生很高的橫向速度,并使管道繞著管道上的一個(gè)局部變形區(qū)作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),即管道甩動(dòng)現(xiàn)象,破裂的管道會(huì)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(yán)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(duì)管道破裂后的甩動(dòng)規(guī)律進(jìn)行認(rèn)真研究,并設(shè)置相應(yīng)的防護(hù)措施,盡量減少可能的破壞。
為了驗(yàn)證驗(yàn)證CPR1000核電廠防甩裝置的安全性,對(duì)防甩裝置(以下簡稱U-bolt)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)、材料動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真模擬,以獲取實(shí)測(cè)的U-bolt沖擊試驗(yàn)和材料動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)現(xiàn)有甩擊力計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證與改進(jìn),為設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù),同時(shí)也將有助于實(shí)現(xiàn)核島防甩裝置的國產(chǎn)化。
2.1電子萬能試驗(yàn)機(jī)
低應(yīng)變率拉伸試驗(yàn)使用電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。該電子萬能試驗(yàn)機(jī)型號(hào)為DDL50,由長春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司制造,可實(shí)現(xiàn)0~500 mm/min的加載速度,最高載荷達(dá)50 kN,主要包括加載試驗(yàn)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(fù)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(yīng)力、應(yīng)變控制試驗(yàn)等。同時(shí)和試驗(yàn)機(jī)廠家合作開發(fā),將試驗(yàn)室非接觸圖像采集系統(tǒng)集成于一體,提高了試驗(yàn)中變形測(cè)量精度。
2.2中應(yīng)變率液壓伺服材料試驗(yàn)機(jī)
中應(yīng)變率拉伸試驗(yàn)使用中應(yīng)變率液壓伺服材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。該試驗(yàn)設(shè)備由試驗(yàn)室自主設(shè)計(jì),采用了液壓動(dòng)力系統(tǒng),可以在試驗(yàn)過程中提供穩(wěn)定的動(dòng)力輸入,通過設(shè)計(jì)不同尺寸的試件,中應(yīng)變率材料試驗(yàn)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)汽車碰撞模擬中重點(diǎn)關(guān)注的1~500 /s應(yīng)變率范圍的材料拉伸試驗(yàn),同時(shí)設(shè)計(jì)不同夾具,在該設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了材料的剪切、壓縮、彎曲、穿孔等試驗(yàn)。
CPR1000核電廠防甩裝置的安全性試驗(yàn)內(nèi)容包括3種不同的U-bolt進(jìn)行沖擊試驗(yàn)、材料拉伸試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真模擬。
3.1沖擊試驗(yàn)
對(duì)3種不同結(jié)構(gòu)的U-bolt,包括有護(hù)板和無護(hù)板情況,在指定的能量下進(jìn)行臺(tái)車動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)。其中對(duì)U-bolt-1進(jìn)行10次有效的臺(tái)車動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn),對(duì)U-bolt-2和U-bolt-3各進(jìn)行4次有效的臺(tái)車動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)。
3.2材料拉伸試驗(yàn)
主要包括:臺(tái)車動(dòng)態(tài)沖擊后靜態(tài)拉伸試驗(yàn)、:在沖擊試驗(yàn)結(jié)束后,選取試驗(yàn)后為斷裂并且無護(hù)板的U-bolt進(jìn)行靜態(tài)拉伸試驗(yàn)。其中對(duì)U-bolt-1進(jìn)行7次有效的臺(tái)車動(dòng)態(tài)試驗(yàn)后的靜態(tài)拉伸試驗(yàn),對(duì)U-bolt-2和U-bolt-3分別進(jìn)行3次有效的臺(tái)車動(dòng)態(tài)試驗(yàn)后的靜態(tài)拉伸試驗(yàn)。
4.1U-bolt靜態(tài)拉伸試驗(yàn)
進(jìn)行U-bolt靜態(tài)拉伸試驗(yàn)是為了找到U-bolt結(jié)構(gòu)上的薄弱處。進(jìn)行U-bolt靜態(tài)拉伸試驗(yàn)需要針對(duì)3種U-bolt結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行夾具的設(shè)計(jì),由于U-bolt本身尺寸較大,需提前確定萬能試驗(yàn)機(jī)是否能夠完成U-bolt靜態(tài)拉伸試驗(yàn),如不能需要更換行程更大的試驗(yàn)儀器設(shè)備。
在U-bolt靜態(tài)拉伸試驗(yàn)過程中,萬能試驗(yàn)機(jī)自身能夠采集加載力、加載時(shí)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(yīng)變片,測(cè)量靜態(tài)拉伸過程中U-bolt各處的應(yīng)變信息。試驗(yàn)流程如下:
(1)安裝夾具;
(2)對(duì)試件進(jìn)行編號(hào),粘貼應(yīng)變片,拍照;
(3)根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整試驗(yàn)設(shè)備參數(shù),測(cè)量試驗(yàn)室內(nèi)溫度、濕度;
(4)裝夾試件,并檢查;
(5)操作試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行拉伸,同時(shí)完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集;
(6)保存試驗(yàn)數(shù)據(jù);
(7)拆卸試件,拍照,準(zhǔn)備下一次試驗(yàn)。
4.2U-bolt動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)
U-bolt動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)主要模擬實(shí)際管道破裂后對(duì)U-bolt的沖擊,檢驗(yàn)U-bolt的吸能。試驗(yàn)中通過調(diào)整臺(tái)車速度和質(zhì)量使臺(tái)車以試驗(yàn)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(rèn)為臺(tái)車的全部動(dòng)能均由U-bolt變形吸收。
試驗(yàn)過程中需要根據(jù)3種不同的U-bolt結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安裝支架,并設(shè)計(jì)臺(tái)車的碰撞頭。之后進(jìn)行試撞,根據(jù)試裝結(jié)果檢驗(yàn)試驗(yàn)中設(shè)置的撞擊能量的合理性,并進(jìn)行調(diào)整。試驗(yàn)中在臺(tái)車上安裝2-3個(gè)加速度傳感器,采集臺(tái)車加速度信號(hào),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(yīng)變片,測(cè)量動(dòng)態(tài)沖擊過程中U-bolt各處的應(yīng)變信息。試驗(yàn)中U-bolt水平放置,臺(tái)車前安裝豎管與其碰撞。
核電廠防甩裝置安全性試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)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(duì)其內(nèi)部及外部與公共安全相關(guān)的因素進(jìn)行全面的評(píng)估,最終使得核安全的風(fēng)險(xiǎn)大大降低。本文論述了核電站防甩裝置性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試規(guī)范,設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)過程,為核電站防甩裝置性能測(cè)試提供依據(jù)。
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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(jì)人員。