第28卷第3期核科学与工程Vol.28N o.3 2008年9月Chinese Journal of N uclear Science and Engineering Sep.2008中国实验快堆控制棒驱动机构抗震鉴定试验宋青1,孙磊2,杨红义1,金跃庆1,文静1,刘桂娟1(11中国原子能科学研究院,北京102413;21中国核动力研究设计院,四川成都610041)摘要:池式钠冷快堆的控制棒驱动机构具有细长、结构非线性和多激励点等特征,因此其抗地震性能鉴定问题一直受到世界发展快堆国家的重视。
介绍了在竖井式多点激励地震台上所完成的对中国实验快堆(简称CEFR)控制棒驱动机构的抗震鉴定试验。
试验结果表明,该型控制棒驱动机构的功能完好性和结构完整性满足设防地震下的规范要求。
关键词:中国实验快堆;控制棒驱动机构;抗震试验;OBE;SSE中图分类号:T L43文献标识码:A文章编号:0258-0918(2008)03-0218-06Seismic appraisal test of control rod drive mechanism ofChina Experiment Fast ReactorSONG Qing1,SUN Lei2,YAN G H ong-y i1,JING Yue-qing1,WEN Jing1,LIU Gu-i juan1(11C hina Institute of Atomic En ergy,Beijing102413,C hina;21Nuclear Pow er Institute of Ch ina,Chengdu of Sichuan Prov.610041,Chin a)Abstract:The structure of the control r od drive m echanism in pool type sodium-coo led fast reactor is the char acterized by lo ng,thin,and geometric nonlinearity,and the seis-m ic load is m ultiple activation.The ant-i seismic evaluation is alw ays paid gr eat attention by the countries developing the techno logy w or ldw ide.This article introduces the seis-m ic appraisal test of the co ntro l ro d drive m echanism of China Exper im ental Fast Reac-tor(CEFR)per for med on a seismic platfo rm w hich is vertical shaft style and multiple activ ation.The result o f the test show s the structur al integ rity and the function of the control rod drive mechanism could m eet the desig n requirements o f the earthquake inten-sity.Key words:China Ex periment Fast Reactor;co ntro l rod drive mechanism;seism ic ap-praisal test;OBE;SSE收稿日期:2008-07-28;修回日期:2008-08-27作者简介:宋青(1973)),男,吉林人,高级工程师,从事反应堆本体设计工作218中国实验快堆(简称CEFR)是我国建造的第一座快中子反应堆,其控制保护系统的执行部件)))控制棒驱动机构是俄罗斯专门为CE -FR 设计、制造的,经历了工程样机的设计、制造和试验验证、设计修改、正式产品制造到产品供货,全过程满足俄罗斯当时的标准规范。
为了验证其是否满足我国现行的核安全法规对控制棒驱动机构的要求,又在我国进行了控制棒驱动机构的抗震鉴定试验。
1 试验目的验证中国实验快堆控制棒驱动机构的抗震设计,检验其在设防地震载荷作用下的功能完好性和结构完整性。
2 试验对象控制棒驱动机构的足尺寸工程样机,包括安全棒驱动机构和补偿)调节棒驱动机构各一台套,基本参数见表1。
表1 控制棒驱动机构基本参数表Table 1 Parameters of the control rod drive mechanism特征名称补偿)调节棒驱动机构安全棒驱动机构运行速度补偿棒驱动机构(2?015)mm /s 调节棒驱动机构(2~30)mm /s(1?015)mm /s触发落棒电机断电电磁离合器断电落棒时间215s017s 主轴行程(500?20)mm主轴位置指示器的指示精度?3mm 运行寿期20a 寿期内快速落棒次数不少于400次外形尺寸最大外径<181mm ,全长11070mm 移动部件质量总质量共86kg,包括控制棒可动体的质量6k g总质量约500k g3 试验装置该试验在中国核动力研究设计院的竖井多点激励试验平台上进行,为了简化试验,以动力学等效为原则设计制造了小旋塞和栅板联箱的试验模拟件,真实的模拟了控制棒驱动机构的外部工作环境。
试验模型总示意图见图1。
311 竖井多点激励试验平台该试验平台由抗震竖井、液压激振和控制系统、测量系统等组成。
31111 抗震竖井抗震竖井为一深15m,对边相距4m 的八角形钢筋混凝土结构。
在其四个壁面上有激振器安装孔,激振器的安装位置可连续调节。
可在高度15m 范围内,对结构或系统进行四点水平单向激振试验。
图1 试验模型总示意图F ig.1 Sketch of w hole test mo del21931112 液压激振和控制系统如图2所示,激振和控制系统由四个PG63kN 液压激振器与S59及L -CAT 控制系统组成。
每台激振器的主要性能参数为:最大激振力 63kN;最大位移?125m m;最大速度2m/s;频率范围011~80H z 。
31113 测量系统测量系统由传感器、二次仪表和数采系统组成(见图2)。
图2 激振控制及测量系统示意图Fig.2 Sketch of v ibration co nt ro land measurement sy stem试验中采用的加速度计为PCB 公司的W353B01型防水加速度计和KISTLER 公司8702M12型加速度计,电荷放大器为B&K 公司的BK2692;应变测量采用5@3m m 箔式应变计,动态应变仪为日本共和的MCC -16。
另外,激光测振仪为德国Poly tec 公司的OFV -5000/OFV -505。
试验的数据采集及处理采用比利时LM SSADAC Ó型128通道高速数采系统(A 级标准),其主要参数为:最高采样频率:200kH z (128通道并行同时采集);分辨率:16bit;动态范围:102dB 。
该数据采集分析系统检定合格,满足过程仪表性能测试的要求。
各测量仪表及相关设备均检定合格并且在使用有效期内。
试验中将控制棒落棒位置的指示信号(由落棒控制柜提供)接到数采上,和加速度、应变和位移信号一起记录,可准确地记录落棒开始时刻和落棒时间。
312 试验模拟件[1-2]反应堆上,控制棒驱动机构安装在小旋塞的驱动机构支承筒上,通过6个M 10的螺栓固定在支承筒的顶端,支承筒通过螺栓连接在小旋塞本体上,小旋塞本体,吊篮和中心测量柱内有驱动机构的导向通道,在中心测量柱下部有驱动机构动导管,控制棒组件安装在栅板联箱上。
抗震鉴定试验中,控制棒驱动机构支承筒采用与实堆完全一致的结构和材料。
小旋塞本体,吊篮和中心测量柱内部的通道管以及驱动机构动导管的内部尺寸与实堆完全一致,外部尺寸进行了适当的简化,材料采用国产304不锈钢,其中驱动机构动导管只模拟了其安装方式,简化了其运动功能。
控制棒组件采用首次装堆的模拟控制棒组件。
栅板联箱上的组件安装座只模拟了一个组件的位置,其安装尺寸与实堆一致,外部尺寸进行了简化,材料采用国产304不锈钢。
在动力模拟、质心模拟以及刚度模拟的原则下设计了小旋塞本体以上模拟结构、小旋塞本体模拟结构、吊篮下部热屏蔽模拟结构、中心测量柱模拟结构、栅板联箱模拟结构和解耦装置等六部分。
设计过程中4个激励点处的连接采用法兰形式,方便装拆调整,4个激励点的位置分别为小旋塞本体模拟结构上表面(对应实堆标高+01050m)、吊篮底部模拟结构的中部平面(对应实堆标高-31005m)、中心测量柱模拟结构下表面(对应实堆标高-61350m )和栅板联箱模拟结构的上表面(对应实堆标高-91055m)。
在中心测量柱和栅板联箱模拟结220构的设计中还考虑了盛水功能。
具体结构参见图1。
4 试验方法[3-4]试验采用4点水平激励的方法进行,4个激励点同时输入给定地震载荷的位移时程,由于激励是在水平单方向上进行,按照规范要求,试验输入时程比设计地震时程放大113倍。
图3,图4为激励点1的OBE 和SSE 位移时程,其余激励点的位移时程略。
在试验中,由液压控制器辅助控制系统给出信号,触发落棒,保证了落棒过程覆盖地震的强震区。
图3 激励点1的O BE 位移时程Fig.3 T he OBE .s displacementtime -histo ries of point1图4 激励点1的SSE 位移时程Fig.4 T he SSE .s displacementtime -histo ries of point 1实堆上控制棒驱动机构的下部浸泡在液态钠中,因液态钠和室温水的特性相近,在试验中,我们用室温水代替液态钠。
因两台控制棒驱动机构的外形尺寸和安装边界完全相同,故其试验模拟件只做一套,两台驱动机构依次进行试验。
采用白噪声随机波激振的模态试验方法测量控制棒驱动线主要部件的固有频率和阻尼比,以确定其动态特性。
试验所用的白噪声的加速度峰值为011g,频率为012~80H z,扫描时间为120s 。
5 试验内容及结果[5-6]511 功能试验在运行基准地震(OBE)试验前、OBE 试验后安全停堆地震(SSE)试验前和SSE 试验后分别进行功能试验,验证控制棒驱动机构的功能完好性。
主要的内容如下:(1)电气设备线圈的绝缘电阻;(2)控制棒驱动机构主轴的提升和下插功能测试;(3)带控制棒的驱动机构主轴的工作行程;(4)带控制棒的驱动机构主轴的移动速度;(5)快速落棒的时间(分为无水和有水两种工况进行)。