核电站大型阻尼器动态性能试验台架设计

2017年1月 机床与液压Jan . 2017第 45 卷第 1 期MACHINE TOOL & HYDRAULICSVol . 45 No . 1DOI ： 10.3969/j . issn . 1001-3881. 2017. 01. 027核电站大型阻尼器动态性能试验台架设计刘青松\袁杰\钱亚鹏2(1.中科华核电技术研究院有限公司，广东深圳518124;2.常州格林电力机械制造有限公司，江苏常州213119)摘要：为填补国内核电站大型阻尼器动态性能试验设备的空白，解决阻尼器动态性能研究的瓶颈问题，为我国核电站大型阻尼器的国产化及在役自主运维提供保障，设计了一套核电站大型阻尼器动态性能试验台架，该试验台架具备双动力 头工作、液压系统驱动、多传感器检测和全数字控制等特点，并具备满载、满频、连续在线、仿工况测试的能力。

试验结 果表明：所设计的试验台架能够全面满足核电站大型阻尼器的动态性能实验要求。

关键词：阻尼器；动态性能；试验台架中图分类号：U463 文献标志码：A 文章编号：1001-3881 (2017) 01-108-4Design of Dynamic Test Bench for Large-scaled Damper In Nuclear Power PlantLIU Qingsong 1, Y U A N Jie 1, Q I A N Yapeng 2(1. China Nuclear Power Technology Research Institute , Shenzhen Guangdong 518124, China ；2. Changzhou Gelin Electric Power Machinery Manufacture C o ., Ltd ., Changzhou Jiangsu 213119, China )Abstract ： To f i l l the blank about the dynamic performance t e s t equipment of the large-scaled damper in nuclear power plant, t o solve the bottle neck problem of dynamic performance research about dampers, to provide protection for large-scaleddamper on domestic manufacturing and autonomous maintenance in-service, adynamic performance t e s t bench was designed, the t e s t bench had dualpower head, hydraulicdrive system, a plurality of detection sensors, f u l l digital control and other characteristics, and can provide full-load, full-frequency, continuous on-line, imitation t e s t for the damper. The t e s t results show the t e s t bench can fully meet the dynamic per­formance experimental requirements for the large-scaled damper in nuclear power plant.Keywords ： Damper ； Dynamic performance ； Test bench〇前言核电站大型阻尼器广泛应用于核电站重要设备及 系统的安全保护，其主要作用是在核电站蒸汽发生 器、冷却剂主泵等重要设备遭受突变载荷（如：地震、压力瞬变等）时提供刚性支撑和约束位移，从 而达到使设备在异常工况下仍能保持结构完整性和安全性的目的。

大型阻尼器其承载能力通常大于550 k N ， 其在核电站现场的安装布置图参见图1、2所示s图1主泵阻尼器布置图图2蒸发器阻尼器布置图收稿日期：2015-11-20基金项目：机械系统与振动国家重点实验室开放课题基金资助项目（MSV201304)作者简介：刘青松（1972—），男，高级工程师，主要从事核电站核岛系统及设备研究与设计。

E-mail:369570512qq. com,第1期刘青松等：核电站大型阻尼器动态性能试验台架设计• 109 •核电站大型阻尼器在产品研发及运行检修阶段，需要配置相关性能试验台架，用来模拟阻尼器全周期、多工况工作过程，检测其动态刚度性能、疲劳性能及偏移间隙并得出其性能评价。

迄今为止，国内尚无针对核电站大型阻尼器开发试验台架，给大型阻尼器自主设计及运行维护带来了安全隐患，并严重影响了其国产化的进程。

为研究核电站大型阻尼器的动态刚度性能、疲劳性能及偏移间隙并得出其性能评价，本文作者设计了采用双动力头工作、液压系统驱动、多传感器检测和全数字控制的大型阻尼器动态性能试验台架，经分析论证，该设计能满足核电站大型阻尼器的动态性能实验要求《1试验台架功能及要求核安全级大型阻尼器试验台架功能包括：(1)在工控计算机专用测试软件控制下，能连续输出频率、振幅可调的交变运动，直至输出载荷达到被测产品的额定载荷；(2)用于阻尼器产品的动态刚度性能的测试。

对测试中的实时频率、振幅、载荷数据进行采样、传送、分析、判定并生成阻尼器动态性能测试报告；(3)可进行正弦波振动试验、半正弦波冲击试验。

目前国内大型商用核电站机组使用的典型液压阻尼器规格及主要参数如表1所示。

表1核电站大型液压阻尼器规格及主要参数规格额定载荷/kN事故载荷/kN刚度/(kN •m m^刚度比间隙//m mDa85501 0001002iDa91 0001 8002002iDalO 2 000 3 5006002iDali 3 000 4 5006002iDal2 4 000 6 5001 00022Dal3 5 0008 5001 000 2.522试验台架结构设计大型阻尼器动态性能试验台架主要由机械结构、液压系统和测控系统组成。

鉴于大型阻尼器动态性能 试验台架的试验载荷大、频率高的特点，保证试验台 架机械结构具有足够的机械强度和足够高的固有频 率，防止机械失效和共振现象发生，机架设计采用回 形四柱卧式组焊结构，被测阻尼器2的两端销头通过 标准的关节轴承和销轴与试验台架的动力油缸销头1及后销座3连接，此结构的优点在于满足载荷和避免 共振点之外，能将振动能量最大限度地限制在机架内 部，从而对基座及周边建筑物的影响降低到最低限 度。

测试中液压动力油缸在工控计算机及测控软件的控制下，从液压系统中获得相应压力与频率的控制参 数，从而输出相应载荷、频率的往复运动，此运动状 态也称之为仿真地震或实际振动工况，被测产品在此 运动作用下，对外呈现阻尼刚度、空程间隙等性能参 数。

其结构如图3所示。

图3试验台架机械结构图为满足核电站大型阻尼器鉴定试验与在役维修的 性能试验要求，同时保证台架的综合利用率，该试验 台架配备了两套动力头，以增强其适用性，其中1号 动力头测试载荷为-5 000〜+5 000 k N，测试频率为 1〜5 H z,2号动力头测试载荷-1 000〜1 000 k N，测 试频率为1〜33 H z,1号和2号动力头的总行程均为 30 m m，测试振幅均为±6 m m。

通过对机架本体结构 H维模型并对其进行结构受载及不同频率下的模态分 析，得出机架固有频率（第一阶固有频率130.72 H z)远远大于最高工作频率33 H z,从而不会发生共 振现象，第一阶模态分析结果如图4所示，第二阶模 态分析结果如图5所示。

B: ModalTotal Deformation 4图5第二阶模态•110•机床与液压第45卷液压动力系统图6试验台架整体布局图3液压系统设计核电站大型阻尼器动态性能试验台架的液压 回路包括主回路、压力控制回路、伺服控制回路压回路以及冷却回路，整个液压系统原理图如 所示。

液压系统由7台并列的高压柱塞液压泵7 7. 7集中供油，其中6台单台高压柱塞液压泵的 为500 m L /r ，额定转速为960 r /min ，另外1台: 泵的排量为55 m L /r ，额定转速为960 r /min ，系 大能提供流量为2 933 L /min ，满足峰值流量1 并且可根据动态试验实际所需最大流量来确定启 的组数《其中，压力控制回路主要由电液比例溢鉴于动态试验中对液压动力系统的流量和压 要求较高，需最大限度降低流量和压力在管路系 的损耗，同时提高比例伺服阀的频率响应特性， 该方案将两套动力头镜像对称布置，油源从对称 输出，根据测试需求，通过换向阀控制，将液压送到在线试验端口。

整套动态试验台架安装在体 16 000 m m x 5 200 m m x l 500 m m 的钢筋混凝土 上，基座自重约300 t ，在最大试验工况（最大義 最高频率）下，可确保测试系统的无功振动能 基座质量块有效吸收，图6为实验台架两套动力 体布局s■I 测试数据采■测试数据处¥!■—zI测试报告生■测试数据存 系统运彳丁控制|—/力的统上因此积为基座量被头整系统、稳 图7.1—排量拄塞统最球，动泵流阀14、插装式溢流阀11及高压截止阀10组成，电液比 例溢流阀的控制电压由工控机根据试验参数要求给 定，通过调整控制电压，可控制比例溢流阀输出端的油压，从而获得需要的测试载荷。

伺服控制回路主要 由伺服阀18及控制油源组成，伺服阀受工控机控制， 根据试验要求，工控机产生一组频率、幅值可调的正 弦波（或矩形波、三角波等其他形制的波形）信号， 控制伺服阀的动作频率及打开幅度，从而获得振动试 验要求的频率与振幅cj 稳压回路主要由蓄能器21、 插装式换向阀H 组成，冷却回路6主要由电机、泵、 压缩制冷式冷却器组成，并配备了自动温控系统 旦油温升高至50 °C ，泵组启动进行循环制冷，冷却 输油泵将从总回油管、总溢流管以及总溢油管流来的 高温油液输入冷却器，油液经冷却后再次过滤，流入 主泵吸油腔e19.2 |厂19.1^1 一不锈钢油箱2—空气滤清器3—液位液温计4一回油滤油器5—球阀6—油液冷却回路7—液压栗8—电磁溢流阀9一插装式单向阀 10—高压截止阀11 一插装式溢流阀12—插装式溢流阀盖板13—压力表 14 一比例溢流阀15—压力管路滤油器16—外控油滤油器17—插装式换 向阀18—伺服阀19一伺服油缸20—电磁换向阀21—蓄能器图7液压系统原理图4测控系统设计测控系统原理框图如图8所示液压油箱图8测控系统原理框图第1期刘青松等：核电站大型阻尼器动态性能试验台架设计•111•测控系统是动态性能试验台的核心控制部分，通 过计算机及专用控制软件，对试验台发出启动、停 止、频率加载、数据采样、处理、判定、存贮、报告 生成、打印等指令，以完成全部测试动作。