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  • 反應堆GGR系統輔助管系穩态振動評估與振動疲勞壽命分析

  • 時間2013-11-14 14:44作者admin浏覽次數
摘要:根據美國機械工程師标準(ASME-CIM-S/G2000)規範及法國電力公司(EDF )标準振動評估方 法,提出一套用于核電站小支管振動評估及振動疲勞壽命分析的方法,應用該方法對國内某核電站汽輪機潤 滑頂軸盤車(GGR)系統的輔助小支管振動問題進行評估研究,并計算了小支管系統的允許有效速度。根據 振動速度的測量和計算結果進行敏感性評估;采用響應譜計算方法對管座處的應力水平進行計算,并與允許 振動交變應力進行比較;采用瞬态動力學方法對管座處的應力時程響應進行計算,根據Miners線性損傷累 積模型對管座的振動疲勞壽命進行評估。結果表明譜響應計算得到的振動交變應力幅值高于評估準則的振動 交變應力允許值,該管線屬于振動敏感管線;而通過瞬态振動壽命計算得到穩态振動疲勞壽命遠遠高于設計 壽命,有較大的安全裕量。
 
關鍵詞:小支管;核電站;振動評估;振動疲勞壽命 中圖分類号:TL3 53+. 11 文獻标識碼:A
 
1 前言
 
經驗表明,在核電站面臨的諸多安全問題中,
 
輕水堆(LWR)核電站的小支管振動疲勞失效占 有突出地位[M]。
 
統計發現,美國核電站小支管管系的疲勞 失效主要發生在支管套焊部位[3],失效模式是低 應力高周疲勞。産生振動疲勞的主要因素有以下 方面[4]:①導緻管系振動的激振源;②容易導緻 疲勞的幾何構件;③導緻管系固有頻率降低的支 撐等。
 
Markl和George對法蘭的套焊進行了疲勞 試驗[5],結果表明,對于質量良好的套焊易發生 典型的高周振動疲勞,疲勞裂紋與焊祉位置和應 力水平關系密切。
 
目前,國際上較為通用的管道振動評價規範 是美國機械工程師标準ASME OM-S/G 2000 PART3。ASME給出了評價管系振動的一般方法 和步驟,将振動管系分為目視檢查監測、位移/
 
速度監測和應力監測3個不同級别的監測系統,
 
并對每種監測系統制定了不同的振動評價準則。
 
本文結合ASME和法國電力公司(EDF)的評估
收稿日期:2010-01-06;修回曰期:2010-04-06 基金項目:中國博士後科學基金(20090450161 )資助
體系,提出一套輔助管系小支管振動評估方法, 應用該方法對國内某核電站汽輪機潤滑頂軸盤車 系統(GGR)輔助管系的振動和振動疲勞壽命進 行評估。
 
2小支管振動評估流程與評估方法
 
結合ASME和EDF的評估體系,小支管振 動采用的評估流程如圖1所示。根據圖1的評估 流程,對小支管振動進行評估,具體的評估方法 如下[6]:
 
(1 )先天敏感性篩選:依據管線的重要度以 及管線上是否有振動源、是否與大型容器連接等 條件,對先天敏感性進行篩選。從系統内所有小 支管中篩選出對振動敏感的小支管,稱為先天敏 感小支管。
 
(2)目視檢查:對先天敏感小支管進行目視 檢查,篩選出其中振動水平可接受的小支管。
 
(3 )現場振動測量:對于目視檢查中不能确 定振動水平可接受性的小支管,測量其振動速度; 振動速度小于臨界速度12 mm/s,則認為管線為 非敏感管。
 
(4)允許速度計算:當測量振動速度超出臨 界速度則需要計算其允許振動速度,并将其與允 許振動速度進行比較。目前工程測量計算中常用 的有ASME的峰值速度和EDF的有效速度。
 
ASME在振動速度評估中采用峰值速度作 為篩選值。測量并計算管道的峰值振動速度,并 與允許峰值振動速度進行比較。
式中,為峰值速度,mm/s; Sel為疲勞應力, MPa; &為局部應力指數;a為常數;為集中 質量修正系數;C2為二次應力指數;C3為附加質 量修正系數;c4為端部修正系數;c5為受迫振動 修正系數。
 
ASME中峰值速度的系數選擇是基于固支 直管段一階模态振動的條件;實際管道系統振動 為多階模态,峰值速度在實際應用中偏于保守。 EDF通過考慮多階模态振動,對ASME中提出的 速度評估方法進行修正,對大量特征管段進行允 許有效速度計算’得出EDF有效速度評估法
 
式中,l為有效速度,mm/s ; Co為峰值-有效值 轉換系數。EDF的有效速度評價方法中,将小支 管分為2類進行允許有效速度評價:第一類小支 管為帶有不平衡質量的直管,如果振動有效速度 小于允許振動有效速度則為非敏感管,否則為敏 感管;第二類小支管為除第一類以外的小支管, 如果振動有效速度小于允許振動有效速度則為非 敏感管。
 
(5 )振動應力計算:測量振動速度不小于允 許振動速度則對相關管道進行振動應力計算,如
管線的振動應力水平超過其允許值,則認為管線 為敏感管。
 
3小支管系統振動評估應用實例 3.1小支管系統的允許有效速度計算
 
以某核電站潤滑頂軸盤車(GGR)系統輔助 管系為例,經敏感性篩選、目視檢查和現場振動 測量後需對其進行允許有效速度計算0
 
該核電站GGR系統輔助管系見圖2。采集管 線振動檢測點的3個正交方向(x、j和z方向) 的加速度時域信号,将采集的加速度信号進行濾 波和基線校準以後,積分得到速度的時域信号如 圖3所示。計算得到振動有效速度為29.49 m/s。
 
根據該管線的特征計算,其允許振動有效速 度為:
 
由測量弁計算得到的實際振動有效速度高于 其允許振動.效速度(25.01 mm/s),需要進一步 進行管座的挺動應力分析與評價。
 
3.2小支管振動應力評估
 
對管系進行振動應力評估時,以管座處測量 得到的振動加速度信号作為整體管系的激勵源, 考慮部件所承受的自重内壓等靜載作用力,采用 有限元方法計算管系在管座處的振動交變應力幅 值(Salt);根據ASME振動應力評估标準[5],将 計算值與材料的振動交變應力允許值進行比較, 如果計算得到的振動交變應力幅值小于材料的振 動交變應力允許值,則該小支管為非敏感管
 
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