核级阀门驱动装置抗震试验研究.pdf

第 8 期 2 0 1 4年 8月 机 械设 计 与 制造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 1 2 1 核级 阀门驱动装置抗震试验研 究 郭庆 ， 李涛 ， 韩松 ， 汤 占峰 1 ． 扬州电力设备修造厂， 江苏 扬州2 2 5 0 0 3 ； 2 ． 中国科学院 沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室， 辽宁 沈阳1 1 0 0 1 6 摘要 介绍了S D Q H9型核级阀门驱动装置的抗震试验。试验利用地震模拟试验台， 采用多频波法， 按照要求的响应谱 用人工模拟加速度时程控制．对 S D Q H 9型核级阀门驱动装置进行动态特性探查试验和 5次小量级的 O B E地震模拟试 验及 1次大量级的 s s E地震模拟试验。样机 方向、 y方向和 z方向的固有频率分别为 7 2 ．5 9 Hz 、 5 8 ． 9 2 H z 和 1 3 ． 3 2 H z 。 S S E地震模拟试验中， 手轮测点处的加速度反应最大， 三轴向峰值分别为2 0 ． 2 2 g 、 3 5 g 、 2 0 g 。试验验证了S D Q H 9型核级阀 门驱动装置在地震栽荷作用下能正常工作。 关键词 核级阀门驱动装置； 抗震试验； 响应谱； 动态特性探查试验 中图分类号 T H1 6 ； T H1 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 4 0 8 0 1 2 1 0 3 St u d y o n Ea r t h q u a k e Re s i s t a n t o f Nu c l e a r - Gr a d e E l e c t r i c Ac t u a t o r G U O Q i n g ， L I T a o ， H A N S o n g ， T A N G Z h a n - f e n g 1 ． Y a n g z h o u E l e c t r i c P o w e r E q u i p me n t Ma n u f a c t u r e F a c t o r y ，J i a n g s u Y a n g z h o u 2 2 5 0 0 3 ，C h i n a ； 2 ． S t a t e K e y L a b o r a t o ry o f R o b o t i c s ， S h e n y a n g I n s t i t u t e o f A u t o m a t i o n ， C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s ， L i a o n i n g S h e n y a n g 1 1 0 0 1 6 ， C h i n a A b s t r a c t T h e s e is mi c t e s t， 0 r t h e S D Q H9 r t u ,c le a r - g r a d e e le c t r i c a c t u a t o r is i n t r o d u c e d ． T h e te s t s u s e d a l l e a r t h q u a k e s i mu l a t i n g s h a k i ng t a b le a n d a d o p t d t h e mu l t q u e n c y t e s t ．Th e t e s t s we r e c o n t r o l l e d w i t h d i g i t a l c o ntr o l u s i n g s i mu l a t e d t i me - h is t o r i e s ．wh ich 珊 b a s e d o n t h e r e q u i r e d r e s po n s e s pe c t r u m ．h d e t e c t e d t h e d y n a mic c h a r a c ter i s t i c s d e t e c t t e s t s c a r r i e d o u t t he te s ts o fO B E o p e r ati o n a l b a s e e a r t h q u a k e e t i m e s a n d t h e S S E s t y s h u t d o w n e o a h q ru a k e o n 8 t i me ． The i n h e r e n t f r e q u e n c i e s o f p r o t o t y p e i n X d i r e c t i o n ， Y d i r e c t ion a n d Z d i r e c t ion w e r e r e s p e c t i v e l y 7 2 ．5 9 Hz 、 5 8 ． 9 2 H z a n d 1 3 ． 3 2 H z ． ／ n S S E t e s t ． acc e l e r at ion m a g n i t u d e O n h a n d w h e e l W as t h e b ig g e s t a n d t he p e a k v a l u e o f￡ k t h r e e a x i a l d i r e c t i o ns w e r e r e s p e c t i v e l y 2 0 ．2 2 g 、 3 5 g a n d 2 0 g ． T h e s e t e s t s p r o v e d t h at t h e S D Q H9 n u c l e ar- g r a d e e l e c t r i c a c t u ato r C O n w o r k n o r ma l l y u n d e r t h e e ffe c t ofe a r t h q u a k e／ o a d ． Ke y Wo r d s Nu c l e a r - - Gr a d eE l e c t r i c Ac t u a t o r ； S e i s mi c Te s t ； Re s p o n s e S p e c t r u m； Dy n a mi c Ch a r a c t e r i s t i c s De t e c t Te s t 1引言 为保证核电站的安全运行， 核电站所使用的设备 、 建筑等都 必须经过相应的抗震试验， 以 保证其抗震能力能够在平时可能地 震的情况下对核电站的运行不造成影响。 并且在有可能发生的最 严酷地震状况下仍能做到安全停堆旧。 核级阀门驱动装置是用于 控制核电站的相关电动阀门唧 ， 从而保证系统的安全稳定运行， 是 核电站的重要设备之一。 核级阀门驱动装置作为核电站的重要设 备， 必须要验证核级阀门驱动装置的抗震性能， 因此要进行驱动 装置实际工况的抗震试验。将着重介绍 S D Q H 9型核级阀门驱动 装置的抗震试验。 2驱动装置构成及参数 S D Q H 9型核级阀门驱动装置主要是开启和关闭核电站的风 阀、 闸阀、 截止阀等， 其主要由罩盖， 下壳体、 连接盘、 驱动电机、 手动 部件、 电 气组件及传动部件等零部件构成， 如图 1 所示。 传动部件由 对正齿轮及 N N型少齿差行星齿轮组成。主要技求参数如下 型号 S DQ H 9 ； 重量 2 0 k g ； 安全类别 K 2 ； 防护等级 I P 6 7 ； 额定转矩 9 0 N i n ； 输 出转速 0 ． 8 5 r ／ mi n ； 运动方式 部分回转。 图 1 S DQ H 9结构图 F i g ． 1 S t r u c t u r e D i a g r a m o f t h e S DQ H9 来稿 日期 2 0 1 4 - 0 1 1 0 基金项目 国家 8 6 3 计划资助项目 2 0 0 9 A A 0 4 Z 2 0 3 作者简介 郭庆， 1 9 8 4 - ， 男， 江苏扬州人， 硕士， 工程师， 主要研究方向 阀门驱动装置关键技术 1 2 2 郭庆等 核级阀门驱动装置抗震试验研究 第 8 期 3抗震试 验 抗震试验的目的是通过试验 ， 验证 S D Q H 9样机在地震载荷 作用下能否正常工作， 是否能保持其完整性和可运行性。 抗震试验所用的设备为中国核动力研究设计院核级设备鉴 定试验室 6 x 6 m大型高性能地震模拟试验台。地震台是国外成 套引进设备， 其最大承重为 6 0 t ， 频率范围为 0 ． 1 1 0 0 H z 。 抗震试 验按照实际工况安装， 将 S D Q H 9核级阀门驱动装置与风阀固定 连接， 同时被安装在振动台面上， 通过振动台施加与预计地震等 效的激励 ， 并测试被测设备的响应。 安装设备的方案， 坐标系的建 立， 如图 2 所示。 原点设置在连接盘底部中心处， y轴正向为连接 盘垂直方向， 轴正向为手柄方向。同时在罩盖处 P o i n t 1 和手 轮处 P o i n t 2 分别设置加速度传感器测点。在地震试验前首先进 行动态特性探查测试，然后经过 5次小量级的O B E地震模拟试 验和 1 次大量级的 S S E地震模拟试验， 顺序如图3 所示。 图 2设备安装及加速度测点 F i g 2 Eq u i p me n t I n s t a l l a t i o n a n d Ac c e l e r a t i o n o f Me a s u r i n g Po i n t s 被试设备在振动台上的安装 动态特性测试 OB E地震试验 S S E地震试验 图 3抗震试验顺序 F i g ． 3 S e q u e n c e o f S e i s mi c T e s t 3 _ 1动态特性探查试验 通过动态特性探查试验查明设备的固有频率和阻尼比， 了 解设备的固有动态特性。试验中， 在驱动装置三个正交轴方向进 行激振， 输入加速度幅值为0 ． 2 g ， 激励类型为正弦扫频， 扫描历时 1 2 0 s 。 S D Q H 9样机 X方向的固有频率为 7 2 ． 5 9 H z ； Y方向的固有 频率为 5 8 ．9 2 Hz ； Z方向的固有频率为 1 3 ． 3 2 Hz 。设备三个方向的 频谱， 如图 4 所示。样机三个方向的固有频率相对于振动试验所 测值四 下降， 这主要是由于样机与风阀实际安装工况导致产生的 固有频率的降低。 3 - 2抗震试验 抗震试验采用多频波法嗍， 用人工模拟加速度时程控制 ， 时程由要求的响应谱 R R S计算生成，同时由该人工模拟加速 度时程所转换得到的目标响应谱 T R S必须包络 R R S 。试验要 求的响应谱， 如图 5所示。其频率范围为 0 ． 2 1 0 0 H z ， 阻尼比 为 4 ％。在设备的三个正交轴向同时输人人工加速度时程进行 激振。 ． ． ． 司．． ＼一 ＼ 0 0 1 3． 0o 0 ．o 0 ● ， 、 O ．0 o Hz 1 o 0 ． 0 o 越 { j{ i f 曩 图4设备频谱图 F i g ．4 S p e c t r u m Gr a ph o f E q u i pme n t 频率 Hz a 水平方 向 1 ．o 0 0 ．o o b 垂直方向 图 5抗震试 验响应谱图 F i g ． 5 Re s p o n s e Sp e c t r u m o f t h e S e i s mi c Te s t 地震响应口 嚷 指抗震试验中被试设备对输入激励的放大情 况。地震响应与被试设备的自振特性、 地震输入频谱以及振动量 级有关， 是被试设备对地震输入综合反应的结果。被试设备测点 处加速度响应的最大峰值 绝对值 ， 如表 1 所示。 从表 1 中可见， 在 S S E地震模拟试验中， 手轮测点处的加速度反应最大， 三轴向 峰值分别为 2 0 ． 2 2 g 、 3 5 g 、 2 0 g 。在整个抗震试验中， S S E地震模拟 试验最为严酷 ， 抗震试验的S S E地震模拟试验加速度时程图， 如 No ． 8 A u g ． 2 0 1 4 机 械 设 计 与 制 造 1 2 3 图 6 所示。 试验中， 被试设备工作处在正常运行状态， 试验过程中 和试验后， 被试设备始终保持其完整性。 表 1设备测点处加速度响应 T a b． 1 Ac c e l e r a t i o n Re s p o n s e o f Me a s u r i n g Po i n t s o f t h e E qu i p me n t l 9 3 5 0 o s 3 5 0 0 00 0 8 3 5 0 0 图 6 S S E地震模拟试验加速度时程 F i g ．6 Ac c e l e r a t i o n T i me Hi s t o r y o f t h e S S E Ea r t h qu a k e S i mu l a t i o n T e s t 4结论 按照抗震试验的要求， 进行了动态特性探查试验。按阻尼 比为 4 ％的响应谱设计的人工地震波进行 5次 O B E地震模拟试 验、 1 次 S S E地震模拟试验 ；试验时 、 y、 z三个方向的T R S均 包络 了 R R S 。 抗震试验前 、 试验后对样机进行 了性能测试 。 结果 如下 1 动态杼陛探查试验。测得 S D Q H 9样机在 方向的固有 频率为7 2 ． 5 9 H z ， l ， 方向的固有频率为 5 8 ．9 2 H z ， z方向的固有频 率为 1 3 ． 3 2 Hz ； 2 5次 O B E地震模拟试验和 1 次S S E地震模拟试验。 试验 后， 检查样机， 样机结构完整无裂痕， 螺钉、 螺母没有松动、 脱落， 也没有任何变形及损伤； 3 抗震试验前、 试验中、 试验后对 S D Q H 9样机进行了性能 试验 ， 试验结果显示 S D Q H9 样机功能没有不正常变化。 综上所述 ， 在对 S D Q H 9样机进行规定的抗震试验后， 试验 验证了S D Q H9型核级阀门驱动装置在地震载荷作用下能正常 工作， 并且样机结构及工作性能保持完好。 参考文献 [ 1 ] 徐剑峰， 徐建平， 郭爱华． 核电站电气设备抗震试验方法探讨[ c ] ． 第一 届中国 国际 核电仪控技术大会． 北京 中国核学会， 2 0 1 1 1 6 - 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5 1 ． [ 8 ] S ． D ．B h a r t i ， S ．M．Du m n e ， M．K ．S h ri mal i S e i s mi c r e s p o n s e a n aly s i s o f a d j a c e n t b u i l d i n g s c o n n e c t e d w i t h M R d a m p e r s [ J ] ．E n gi n e e r i n g S t r u c t u r e s ， 2 0 1 0 ， 3 2 8 2 1 2 2 2 1 3 3 ． [ 9 ] Q u i n t a n a V ， R i v e s t L ， P e l l e r i n R ． W i l l m o d e l b a s e d d e fi n i t i o n r e p l a c e e n g i - n e e r i ng d r a wi n g s t h rou g h o u t t h e p r o d u c t l i f e c y c l e ．a g l o b al p e r s p e c t i v e fr o m a e r o s p a c e i n d u s t ry[ J ] ．C o m p u t e r i n I n d u s t ry， 2 0 1 0 6 1 4 9 7 5 0 8 ． [ 1 0 J A l e ma n n i M， De s t e f a n i s F， V e z z e t t i E ． Mo d e l b a s e d d e fi n i t i o n d e s i g n i n t h e p r o d u c t l i f e c y e l e ma n a g e me n t s c e n a r i o [ J ] ．I n t e r n a t i o n al J o u r n a l o f A d v a n c e d Manu f a c t u ri n g T e c h n o l o gy， 2 0 1 1 1 ／ 4 1 - 1 4 ． [ 1 1 ] Mo rt e z a Mo n t a z e r i Gh ， A mi r P o u r s a m a d ， B a b a k G h a l i c h i ． A p p l i c a t i o n o f g e ne t i c a l g o rit h m f o r o p t i mi z a t i o n o f c o n t r o l s t r a t e gy i n p ara l l e l h y b rid e l e c t ri c v e h i c l e s [ J ] ．J o u r n al o f t h e F r a n k l i n I n s t i t u t e ， 2 0 0 6 3 4 3 4 2 0 43 5 ． [ 1 2 ] Al t i n t asY， S t e p a n G．C h a t t e r s t a b i l i t y o f m i l l i n g i n fr e q u e n c y a n d d i s c r e t e t i m e d o m a i n [ J ] ． A n n al s o f t h e C I R P ， 2 0 0 8 ， 5 7 1 3 5 4 4 ． [ 1 3 ] S c h mi t z T， Z i e g e r t J ， C a n n i n g ， J ． S ．C a s e s t u d y a c o mp a r i s o n o f e r r o r s o u r - e e s i n h i g h s p e e d m i l l i n g [ J ] ．P r e c i s i o n E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 7 3 2 1 2 6 1 3 3 ．