核级风机抗震分析与试验方法研究

张小伟; 周斌; 牛昊轩; 于洋

doi:10.13832/j.jnpe.2023.03.0132

核级风机抗震分析与试验方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.03.0132

张小伟^1,,
周斌²,
牛昊轩^3,,
于洋⁴

1.
国家国防科技工业局核技术支持中心，北京，100070
2.
浙江金盾风机股份有限公司，浙江绍兴，312363
3.
中国核动力研究设计院，成都，610213
4.
中核四〇四有限公司，兰州，735100

详细信息

作者简介:
张小伟（1983—），男，高级工程师，主要从事核安全技术审评工作，E-mail: zxw009737@sina.com

中图分类号: TL375.5
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出版历程
- 收稿日期: 2022-07-26
- 修回日期: 2023-03-03
- 刊出日期: 2023-06-15

The Study on Seismic Analysis and Test Method of Nuclear Grade Fan

1.
Nuclear Technology Support Center, State Administration of Science, Technology and Industry for National Defence, Beijing, 100070, China
2.
Zhejiang Jindun Fans Holding Co., Ltd., Shaoxing, Zhejiang, 312363, China
3.
Nuclear Power Institute of China, Chengdu, 610213, China
4.
China National Nuclear Industry Corporation 404, Lanzhou, 735100, China

摘要

摘要: 针对某核级漩涡工艺风机开展了抗震分析和抗震试验研究，在试验基础上，得到了该类风机的抗震分析方法。首先建立核级风机有限元计算模型，通过模态分析得到风机的主要模态频率，并与动态特性探查试验结果进行对比；然后对比反应谱法分析计算与抗震试验中测得的应变结果。结果表明本文所采用的抗震分析方法是合理的，能够得到准确的地震响应结果。本文研究为采用抗震分析方法替代抗震试验提供了重要的依据。
- 核级风机 /
- 抗震分析 /
- 动态特性 /
- 抗震试验
Abstract: In this paper, the seismic analysis and seismic test of a nuclear vortex process fan are carried out. Based on the test, the seismic analysis method of this kind of fan is obtained. Firstly, the finite element model of the fan is established, and the main modal frequencies of the fan are obtained through modal analysis, which are compared with the dynamic characteristic detection test results; Then, the strain of the fan is analyzed and calculated by the response spectrum method, and compared with the strain results measured in the seismic test. The results show that the seismic analysis method used in this paper is reasonable and can obtain accurate seismic response results, so it can be considered as an alternative to the seismic test of this kind of fan.
- Nuclear grade fan /
- Seismic analysis /
- Dynamic characteristics /
- Seismic text

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图 1 核级风机结构

Figure 1. Structure of Process Fan

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图 2 核级风机有限元计算模型

Figure 2. Finite Element Model of Process Fan

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图 3 核级风机约束条件

Figure 3. Constraints of Process Fan

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图 4 核级风机模态振型

Figure 4. Modal Shape of Process Fan

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图 5 核级风机地震响应应力云图

Figure 5. Seismic Response Stress of Process Fan

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图 6 传感器测点布置

A1~A6—加速度计测点

Figure 6. Layout of Sensor Locations

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图 7 C/D级下位移云图

Figure 7. Displacement under Level C/D

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图 8 核级风机传递函数

Figure 8. Transfer Function of Process Fan

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图 9 核级风机抗震试验地震波时程

Figure 9. Seismic Wave Time History for Process Fan Seismic Test　　　　　　

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图 10 核级风机抗震试验应变测量结果

Figure 10. Strain Measurement Results of Seismic Test of Process Fan

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表 1 核级风机各方向主要模态频率

Table 1. Main Modal Frequency Results of Process Fan in All Directions

方向	振型	模态频率/Hz
X	2	83.85
Y	1	70.96
Z	2	83.85

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表 2 各方向主要模态频率结果

Table 2. Main Modal Frequency Results in Each Direction

方向	频率计算值/Hz	频率测量值/Hz	偏差/%
X	83.85	87.67	4
Y	70.96	71.92	1
Z	83.85	91.15	8

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表 3 应变计各测点计算值与测量值

Table 3. Calculated and Measured Values of Each Strain Gauge

应变计编号	应变计算值/10⁻⁶	应变测量值（去除本底噪声前）/10⁻⁶	应变测量值（去除本底噪声后）/10⁻⁶
S1	60	36	22
S2	49	33	21
S3	13	19	11
S4	22	25	17
S5	16	32	16
S6	60	55	40
S7	49	45	30

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表 4 叶轮、传动轴和前后盖位移计算结果

Table 4. Displacement of Impeller and Front and Rear Covers

部件	使用等级	U_X/mm	U_Y/mm	U_Z/mm	U_SUM/mm
叶轮	A级	0.0045	0	0.0187	0.0316
	B级	0.0090	0.0108	0.0241	0.0393
	C/D级	0.0132	0.0210	0.0291	0.0489
前后盖	A级	0.0836	0.0067	0.0260	0.0909
	B级	0.0889	0.0189	0.0315	0.0943
	C/D级	0.0939	0.0322	0.0366	0.0992
U_X、U_Y、U_Z—X、Y、Z方向位移值；U_SUM—总位移

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表 5 叶轮和前后盖相对位移评定结果

Table 5. Evaluation Results of Relative Displacement for Impeller and Front and Rear Covers

使用等级	叶轮和前后盖相对位移计算值/mm	叶轮和前后盖相对位移限值/mm	叶轮与机壳间隙计算值/mm
A级	0.1225	0.6	0.8775
B级	0.1336	0.6	0.8664
C/D级	0.1481	0.9	0.8519
叶轮与机壳间隙设计值为1 mm（保守采用叶轮最大位移加上前后盖最大位移）

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表 6 抗震试验前、后叶轮与机壳间隙测量值

Table 6. Measurement Results of Impeller and Casing before and after Seismic Test

部件尺寸	抗震试验前	抗震试验后
叶轮尺寸/mm	Φ644.92×90.02	Φ644.92×90.02
叶轮与机壳间隙值/mm	1	1

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参考文献(5)

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[2]	朱贺, 黄燕壮, 汪义玲, 等. 台山EPR第三代核电站核级风机抗震性能分析[J]. 风机技术,2015, 57(4): 27-31, 50. doi: 10.16492/j.fjjs.2015.04.107
[3]	付江南, 罗乐. 核电站用轴流风机抗震性能分析[J]. 城市建设理论研究(电子版),2017, 16: 117-118.
[4]	华夏, 柳琳琳. 核电厂风机盘管样机抗震试验研究[J]. 核动力工程,2015, 36(S1): 170-172. doi: 10.13832/j.jnpe.2015.S1.0170
[5]	国家能源局. 核空气和气体处理规范设计和制造通用要求: NB/T 20038—2011[S]. 北京: 中国原子能出版社, 2011: 3-10.