摘要：核电厂设备的抗震性能是核电厂安全运行的重要保证，设备的抗震性能最重要而且可靠的验证方法是试验法。本文将通过对核电厂用消防稳压泵的抗震试验的分析和研究，得到核电厂用消防稳压泵的抗震性能的具体要求和基本的试验流程，并对抗震试验过程中的一些问题进行分析，最终充分掌握核电厂消防稳压泵的抗震试验要求及原理，并为后续工程提供保障。
关键词：核电厂；消防稳压泵；抗震试验
1.前言
核电厂核岛的消防系统在备用状态下需要维持一定的管网压力，以在使用时可以提供足够的消防水及压头。消防系统的压力维持可以通过建立单独的气动稳压系统来实现，也可以通过设置消防稳压泵来达到同样的目的。
消防稳压泵的作用是消防水系统备用状态下的系统稳压，即如果管网泄漏导致系统压力降低，消防稳压泵便会自动启动，以维持消防系统管网的压力。消防水生产系统设置的两台消防稳压泵是一备一用的关系，如果一台稳压泵启动失效或供水量不足，而系统压力仍然降低时便会启动第二台消防稳压泵[1]。
2.设备描述
消防稳压泵为单级卧式悬臂离心泵，其主要部件包括泵、电机、底座、联轴器和防护罩及就地接线箱等。由于其在核电厂中不执行安全功能所以其安全等级为NC，但为了更好的保证其在火灾事故下的功能而规定其规范等级按照RCC-M 3级进行设计制造，其抗震等级为1A即在事故期间及之后都能执行相应功能，质保等级为QA3[2]。
消防稳压泵外形尺寸为：1676×760×780mm，重量为650kg（不含安装支架）。其扬程为106m，安装于核岛消防泵房的消防水泵间内，标高-8.8m，电机功率为22kW，电机电压380V，转速2950r/min，频率50Hz。
3.试验台架
抗震试验采用国家重点实验室的模拟地震振动台，性能指标如下：
模拟地震振动台
台面尺寸：4m×4m
振动方向：X、Y、Z三方向六自由度
最大位移：X：±100mm Y：±50mm Z：±50mm
最大加速度：X：±4.0g，Y：±2.0g，Z：±4.0g
最大试件重：25 吨
频率范围：0.1～100Hz
数据采集系统
通道数：128
采样频率：1Hz～2kHz
信号放大：1～10000。
加速度传感器：采用压电式加速度传感器，频响范围：0.2～300Hz。
应变传感器：采用电阻式应变计，频响范围：0.0～300Hz。
抗震试验时，共布置七组加速度传感器和六个应变计。A1～A7七组加速度传感器分别放置在消防稳压泵顶部、消防稳压泵安装支架底部、消防稳压泵法兰连接处等结构特征位置，每组X、Y、Z三个方向，以测定这些部位的加速度响应[3]。
在安装支架底部、消防稳压泵底部处等可能的应力最大位置处布置有S1～S6六个应变计，以测定这些部位的应变响应。
4.抗震试验
消防稳压泵的抗震试验包括试验前的检测、动态特性探查试验、5次SL1试验、1次SL2试验以及试验后的检测。泵在每次试验过程中及之后，应保持相应的工作状态以及结构的完整性。
4.1试验前的检测
抗震试验前，用目测方法检查设备结构的完整性。设备不应有裂纹，螺栓、螺母不应有松动、脱落。焊缝不应有裂纹、撕裂，电气部件不应有松动等不正常现象。
设备还应进行启动运行和停止操作，并对消防稳压泵的流量、扬程、振动、噪声进行性能测试并记录。
4.2动态特性探查试验
在抗震试验前，采用频率范围为0.2～100Hz的白噪声随机波分别在X、Y、Z 三个轴向进行振动激励，输入加速度为0.2g，持续试验大于120秒，以测定消防稳压泵的自振频率，该泵要求其自震频率大于33Hz。该试验过程不要求泵启闭或运行[4]。
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4.3SL1试验
抗震试验首先进行5次SL1试验，试验采用多频波中的人工时程方法试验，并且为三向时程试验方法。
抗震试验选取消防稳压泵所在房间标高处的楼层反应谱作为试验输入，并将其按照HAFJ0053的要求转化为试验用的加速度时程。根据消防稳压泵技术规格书要求，采用人工模拟加速度时程作为输入地震波。SL1试验采用1/2SSE试验反应谱，并选取2%的阻尼比。由该人工模拟加速度时程反演计算所得到的试验反应谱应上包络相同阻尼比的要求反应谱，人工模拟加速度时程作为振动台台面的输入，按三向同时输入进行试验。在SL1考核试验时，对X、Y、Z三个方向输入的人工地震波进行适当的放大（10%），以保证试验时的人工地震波的反应谱上包络要求的反应谱。人工地震波总持续时间为30秒，其中强震部分20秒，信号超过其最大值70%峰值的个数大于8个，地震考核试验人工地震波互为独立，X、Y、Z三轴方向的相关系数小于0.3。
试验开始前，消防稳压泵处于开启状态，前三次SL1试验，消防稳压泵一直保持运行状态。第三次SL1试验结束后关闭消防稳压泵。第四次、第五次SL1试验前，消防稳压泵处于关闭状态，试验开始后8秒，开启、消防稳压泵直至试验结束。该试验流程的设置可以充分的验证消防稳压泵在SL1试验期间及之后的可运行性。
4.4SL2试验
根据HAFJ0053和消防稳压泵技术规格书要求，采用人工模拟加速度时程作为输入地震波。SL2试验采用SSE楼层反应谱，并选取4%的阻尼比，由楼层反应谱转化为加速度时程，由该人工模拟加速度时程反演计算所得到的试验反应谱应上包络相同阻尼比的要求反应谱，人工模拟加速度时程作为振动台台面的输入，按三向同时输入进行试验。
在SL2考核试验时，对X、Y、Z三个方向输入的人工地震波进行适当的放大（10%），以保证试验时的人工地震波的反应谱上包络要求的反应谱。人工地震波总持续时间为30秒，其中强震部分20秒，信号超过其最大值70%峰值的个数大于8个，地震考核试验人工地震波互为独立，X、Y、Z三轴方向的相关系数小于0.3。
试验开始前，消防稳压泵处于关闭状态，试验开始后8秒，开启消防稳压泵直至试验结束。该试验要求在相关标准中没有规定，为了保证是试验的保守性及可靠性，要求在SL2试验时同样对泵启停一次，以验证消防稳压泵在SL2工况下的可运行性。
4.5试验后的检测
在进行抗震试验后必须进行结构检查和工作性能检查，并与抗震试验前检测数据进行对比。
抗震试验后，用目测方法检查试验件结构的完整性。试验件不应有裂纹，螺栓、螺母不应有松动、脱落，焊缝不应有裂纹、撕裂，电气部件不应有松动等不正常现象。
消防稳压泵需进行开关操作，并检查消防稳压泵流量、扬程、振动、噪声等功能进行测试并记录。
4.6试验验收准则
1）抗震试验中和试验后及试验过程中，试验件不应有裂纹，螺栓、螺母不应有松动、脱落。焊缝不应有裂纹、撕裂。电气部件不应有松动等不正常现象，即保证设备的完整性。
2）抗震试验期间和试验后，消防稳压泵应进行开关操作。
3）消防稳压泵在地震前和地震后状况下工作性能无异常变化、泵流量、扬程、振动、噪声等功能测试结果无异常变化，抗震试验过程中功能监测无异常变化。满足上述条款，则认为样机抗震鉴定合格。
5.结论
1）消防稳压泵的抗震试验前和试验后应对泵分别进行检测并记录相关数据，通过试验前后的数据对比判断设备是否可以承受地震工况。
2）消防稳压泵的抗震试验首先要进行动态特性探查，之后进行5次SL1试验，试验采用2%阻尼比的1/2SSE楼层反应谱。最后进行1次SL2试验，试验采用4%阻尼比的SSE楼层反应谱。
3）消防稳压泵SL1试验及SL2试验期间需对泵进行启停试验，以验证泵在地震期间的可运行性。试验后泵本体无裂纹及部件松动情况，并且泵性能无异常变化即可认为抗震鉴定合格。
参考文献
[1]核岛消防水生产系统手册CP03XFWPXTS07
[2]FWP消防稳压泵技术规格书 CP03G3016
[3]FWP消防稳压泵抗震试验大纲B版
[4]核设备抗震鉴定试验指南 HAFJ0053
论文作者:张志明,刘宝君,王广飞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/14
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