EJ T 1210-2006 压水堆堆内构件模型流致振动试验.pdf

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1、IGS 27. 120. 10 F 63 备案号：19526-2007中华人民共和国核行业标准EJ/T 1210-2006 压水堆堆内构件模型流致振动试验Exper i1entstandard f。rflow-induced vibration。fPWR internals model 2006-12一15发布2007一05-01实施国防科学技术工业委员会发布EJ/T 1210-2006 目；欠前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I I 1范围.1 2 规范性引用文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 术语和定义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4试验目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 试验的主要内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、 . . . . . . . . . . . 1 6 流致振动试验的相似准则7模型设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7. 1 棋型几何相似比的确定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、. . . . . . . . . . . . . . 2 7.2 模型设计要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8模型振动特性试验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . . . . 2 8. 1 振动特性预计8.2 振动特性试验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9流致振动试验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7、 . . . . . . . . . . . 2 9. 1 水力回路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9.2 测量系统. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8、. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 U定苟且理评位让阳忻跚机和儿如研分分果明据果结tb数结验胡验验试、E试试nuv咱4唱EAAYtifi1i 11. 2试验结果评定”.3 , 附录A（资料性附录）流致振动试验的相似准则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 附录B（资料性附录）结构振动模态试验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 附录c（资料性附录）随机数据分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 I EJ/T 1210-2006 II 刚吕本标准的附录A、附录B和附录C是资料性附录。本标准由中国核

10、工业集团公司提出。本标准由核工业标准化研究所归口。本标准起草单位：中国核动力研究设计院。本标准主要起草人：蒋自龙。EJ/T 1210-2006 压水堆堆内构件模型流致振动试验1 范围本标准规定了压水堆堆内构件模型流致振动试验的目的、主要内容、试验方法、应遵循的准则及基本要求等内容。本标准适用于压水堆堆内构件模型流致振动试验。非压7.J堆堆内构件模型流致振动试验也可参考本标准执行。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用丈件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版

11、本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB 3756-1999 测量不确定度的表示及评定3 术语和定义3. 1 3.2 3.3 下列术语和定义适用于本标准。流致振动flow-induced vibration 流体流动诱发的结构振动。堆肉构件reactor internals 在反应堆压力容器内，除燃料组件、燃料相关组件以外的所有其他构件的总称。耐振试验endurance testing 在规定的时间范围内，以额定工况运行，考核堆内构件及其连接部位（焊缝、螺栓连接件及配合面等因流致振动引起的性能变化的试验。4试验目的为堆内构件流致振动评价提供依据：为设计定型和可能的修改提供参考依

12、据：为安全分析提供必需的试验数据资料。5 试验的主要内容试验至少包括以下内容：a) 按流致振动试验相似准则设计模型，推导模型有关物理参数与原型相应参数之间的关系：b) 模型振动特性试验；c) 流致振动试验；d) 数据分析处理：e) 试验结果分析。6 7荒致振动试验的相似准则EJ/T 1210-2006 压水堆堆内构if：流致报动试验通常采用缩小比例的相似模型。流致振动棋型试验应遵循的相似准则参见附录A。7 模型设计7. 1 模型几伺帽似比的确定模型与原型之间的几何相似比的选取首要考虑通过模型试验能达到试验的最终目标，并应综合考虑：测试传感器的布置、机械加工、水力回路技术参数、安装以及经济性等各

13、种因素。7. 2 模型设计要求7. 2. 1 概述应根据堆内构件各部件的重要性及发生流致振动破坏的可能性、要求我取的试验数据资料、以及是否影响堆内构件流致振动的评估，将堆内构件模型的各部件划分为测试件和非测试件，井分别提出设计技术要求。7. 2. 2 测试件一般压水堆堆内构件模型流致振动试验的测试件主要有t吊篮组件、下部二次支承及测量导管组件、上部组件的支承柱、控制棒导向筒等以及其它需要特别关注的部件。测试件应保持与原型儿何相似，材料相同或力学性能相近。7.2. 3 非测试件测试件之外的其它堆内构件为非测试件。对于非测试件，原则上应按相似要求进行设计，但与原型的相似要求可适当放松。8 模型振动

14、特性试验8. 1 振动特性预计在进行模型振动特性试验之前，应首先完成结构振动特性预计，以便为传感器布置和模态试验参数识别提供参考，为试验结果提供比较对象，并为振动响应分析计算提供固有振动特性数据资料。当振动特性预计值与试验结果相差较大时，应适当修改计算模型重新进行分析计算。8.2 振动特性试验模型振动特性试验通常分别在空气中和静水中进行。通过试验获得结构的前几阶固有振动频率、振型和阻尼比。传感器布设的位置和数量，应与需要测量的振动特性相适应。结构振动特性常采用模态试验法在得。模态试验的原理、方法及测量系统参见附录Bo9 7荒致振动试验9. 1 水力圆路梳致振动试验可在常温常压水力回路上进行。用

15、于流致振动试验的7.J力回路，其环路数、布置形式及流量、扬程等应满足试验要求，且应采取适当措施，隔离或械少试验回路管道的振动。9.2 测量系统9.2. 1 系统组成流致振动试验的测量系统包括用来拾取流动撒励和结构振动响应的传感器系统和数据来集分析处理系统。9.2.2测试仪器仪表的检定测量系统的各类仪器仪表，在试验前应通过国家计量部门（或经授权、委托具有检定资格的计量部门的检定，只有检定合格并在规定的有效使用期限内方可使用。9.2. 3传感器的选择应根据流致振动试验测量参数及测试构件选择合适的传感器。流致振动试验用的各类传感器，应当具有良好的防水性能、足够的灵敏度、线性度、合适的精度和频响班围，

16、性能稳定，抗干扰能力强，2 EJ/T 1210-2006 尺寸平11质量尽量小。测量流动激励和结构H向应的传感器常采用压力传感器、应变片、加速度计、位移传感器、力传感器等。亦可采用激光测振仪直接测量结构振动速度；或1sl.移。9.2.4传感器的安提应根据试验目的制定传感器布置方案，并按照方案进行布置和安装，传感器的安装要考虑对流场和测量结果的影响，其数量应有适度的盈余。9.2.5数据采集分析处理系统数据来集分析处理系统应满足结构动态测试分析的要求，并具备足够多的通道数，尽量能对各通道同步实时采集，具有时域、颇域和幅值域分析处理功能。9.3 i式验工况和测量9. 3. 1 试验工况9. 3. 1

17、. 1 瞬态试验测量泵启、停和泵切换时的流动激励和振动响应。9. 3. 1. 2 稳态试验在试验要求的工况下，泵在稳定运行时，测量流动激励和结构响应。9. 3. 1. 3耐振试验应按照在额定工况下，保证各堆内构件至少已经受10次的振动循环以关键部件结构响应的最低阶频率计算）来确定耐振试验的持续时间。9. 3. 2 测量9. 3. 2. 1 试验前应检查测量系统各通道连接状况，设置合适的放大器增益、量程，采集分析系统的来样及分析频率、记录时间（长度等。9. 3. 2.2试验中应监测各通道信号，确定信号正常以后，进行来样、记录，井测量试验前后的测试系统的本底噪声。9.3.2.3应仔细观察和记录试验

18、测量中所发生的各种异常现象。10试验数据分析处理流致振动试验测量的时程信号一般都是随机的，通常需要在时域、颇域和幅值域对信号进行分析处理。数据处理的内容和方法参见附录Co11 试验结果分析和评定11 . 1 试验结果分析应对试验数据大小、变化趋势和分布状况等进行分析，井将试验测量结果转换到原型结构，从试验结果引出适当的结论。11. 2 试验结果评定在给出完整的试验测量结果时，报告应给出测量的不确定度，测量不确定度的评定与表示方法应符合GB.3756-1999的规定。3 EJ/T 1210-2006 附录A（资料性附录）流政振动试验的相似准则A. 1 相以准则A. 1. 1 几何相似模型与原型的

19、对应构件应满足儿何相似条件，即结构相应部位的尺寸成比例，井应尽量保证棋型与原型之间流体和固体边界及结构支承条fi相似。C，羊idemCA.1) 式中：C，一一几何相似比；Im一一模型长度，单位为米（m);/p一一原型长度，单位为米（m);idem一一位丁字，意为同一值。p A. 1.2运动速度（流体流动或结构运动速度）保持不变C,f idem. . . . CA 2) 式中： F二一一速度相似比，通常取1或凡队凡一一模型流体流动速度或结构运动速度，单位为米每秒（m/s); 瓦一一原型流体流动速度或结构运动速度，单位为米每秒Cm/s) A. 1. 3 结构惯性力与流体惯性力之ttc.：保持不变式

20、中：C一idem P1 Ps 、I一一分别为结构和流体质量密度，单位为千克每立方米（kg/m勺。A. 1.4 流体惯性力与结构弹性力之比N保持不变H Prviz 一一一lem式中：K X一结构刚度系数，单位为牛顿每米CN旧。A. 1. 5 结构阻尼力与流体惯性力之tt6保持不变式中：4 Ll一旦：=idem PrVlL. CA. 3) CA. 4) CA. 5) EJ/T 1210-2006 C一一结构阻尼系数，单位为牛顿秒每米（Ns/m）。A. 1. 6 流体压力或脉动压力与流体惯性力之比欧拉（EuI er）数保持不变E pfV2 II 一一一=ze1n M . (A. 6) 式中：LI P

21、一一流动脉动压力，单位为牛顿每平方米CN/m勺。A. 1. 7 流体惯性力与流体粘性力之比雷诺（Reynolds）数几保持不变R, - P1Vl - Vl if, 一一一一。式中：一一流体动力粘性系数，单位为千克每秒每米Ckg/sm); u一一运动粘性系数，单位为平方米每秒（ms)a A. 1.8 流体振荡力与流体惯性力之比斯特罗晗（strouhal）数S，保持不变f, l s. .！.一id1I v 式中zf.，一流体振荡频率，单位为赫兹CHz); S，一一流体振荡力与流体惯性力之比的平方根。A. 2 基本要求 (A. 7) . (A. 8) 在流致振动试验中，上述八个相似准则难以全部得到满

22、足。但前两个相似准则（几何相似和流体速度相等可以控制，是流致振动模型试验最基本的相似要求，应尽量满足。对于A.1. 3中相似比c,.,当试验模型材料和l流体介质与原型相同时，可基本上得到满足（因反应堆运行条件下材料质量密度J变化不大，但其物理性能较常温状态略有下降。而流体质量密度I也较常瘟时小。在相同流速下，反应堆运行条件下的流动的动压力（或激励结构振动的动能较常温时小，综合这两个因素，反应堆运行条件下与常温时的温度差异对模型振动响应影响不大。A. 1. 4、A.1. 5和A.1. 6相似准则取决于流体介质，儿何相似比，流动速度和环境状况，但不是影响流致振动试验的决定性因素。A. 1. 7相似

23、准则一般情况下难以满足。因为流体粘性随温度变化差异较大，常植下较反应堆运行条件下粘性大得多，而流致振动试验往往采用缩比模型，这样常温下水力回路上的流致振动试验，流动的R数较原型低达一个量级以上。然而，流致振动试验表明：典型工况下流动仍处于紊流状态，而且流体粘性对结构振动响应的影响很小。故该相似准则不满足对流致振动试验不会有很大影响。A. 1. 8相似准则是流致振动试验的一个重要准则。通常S是f?.的函数，大量试验研究表明，在300血，2105范围内，对于单根圆柱体，s，保持为近似0.2的定值，所以可以认为该相似准则是满足的。5 EJ/T 12.10-2006 附录B（资料性附录）结构振动模态试

24、验日1模态试验原理结构棋态试验测试系统方框图示于困B.1。常用的振动模态试验是同时测量撒励结构的撤回J力（输入草11结构响应输出时程信号。将时程信号通过模数变换器及快速富里叶变换CFFT）变成数字颇域信号，经过计算机计算及曲线拟合等处理求出颇率响应（TI,)Z传递函数，然后按参数识别方法辨识出结构的模态参数，即振动固有频率、报型军fl阻尼比。B.2 模态试验方法堆内构件振动模态试验常采用两种方法：单点撒励、多点同时拾振CSIMO）和多点激励、多点同时拾振（MIMO）。单点撒励方法由于模态测试所需设备少、方法简单而广泛使用。但对于大型复杂结构，则应尽量采用MIMO方法。B.3 测量分析系统B.

25、3. 1 im1J量分析系统的组成测量分析系统主要包括三个部分：撒励系统、传感器系统和数据来集分析处理系统。8.3. 2 激励系统常规的激励方法有以下两种：a) 撒振器撒励：激振器撒励系统包括信号据、功率放大器和l撒振器等。信号据提供各种信号（如周期性正弦信号、随机信号及瞬态信号等，经功率放大器放大后推动激振器激励结构。堆内构件模态试验常采用电动激振器撒振，撒励频率一般为5日z2000Hz;b) 敲击键激励：敲击锤撒励是用敲击锤敲击结构产生的瞬时脉冲激励结构。敲击锤由锤头、力传感器、附加质量和锤柄组成。锤头可替换，它们分别用不同的材料（如钢、塑料及橡胶等制作，以在得不同的脉冲宽度，材料越硬，脉

26、冲频谱越宽。敲击法具有快速、方便的特点，对被测试件无附如质量和刚度约束，但测试精度不高。敲击法常用于简单构件，M大型结构的预试验。B.3.3 传感器系统传感器系统主要包括传感器、适调放大器及有关连接部分。棋态试验常用力传感器和加速度计，分别用来测量激励力和结构振动响应。流致振动模态试验传感器的选用要考虑：灵敏度、动态线性范围、动态特性（响应延时、幅频及相颇特性）、稳定性、精度、使用的环境（温度、压力、湿度及环境介质等）以及其它一些因素（如传感器的结构形式和尺寸大小、连接线的屏蔽、安装固定、更换、产品的维修、价格等。传感器系统的作用是将激振力和响应信号转换成电信号。适调放大器等中间变换装置的功能

27、是：变测量传感器的高输出阻抗为放大器的1输出阻抗：将微弱的电压信号放大，或将电荷信号变为电压信号：对不同灵敏度成不同传感器的信号进行归一化处理等。适调放大器及中间变换装置应具有足够宽的频带，充分小的频率失真和相位失真，具有良好的屏蔽和较大的信噪比。在测量时应选择适当的信号量程，避免量化过程中信噪比过低或饱和失真，以适应信号采集的要求。8.3. 4数据采集和分析处理系统功能齐全的数据采集和1分析处理系统是由高性能的计算机和一套功能全而先进的结构动力分析软件组成。6 EJ/T 1210-2006 在硬件方面应具有足够高的采样颇卒，通道数、可以进行同步采挠，在线实时显示手11分析处理功能，有贮存、回

28、放、离线处理功能，采集前端具有抗混滤波器、适调放大器和l信号源，AID及D/A转换精度高，频率响应及动态范围大，运算j崽度信息存盘满足试验型求，用于棋态试验的动力分析软件应可以三维图形建棋，既可用稳态激励测量传递函数，又可用瞬态激励（如敲击法）测量传递函数，既可用SIMOC单点激振、多点拾振方法、也可用MIMOC多点激振、多点拾振）方法测量传递函数，且具有单自由度和l多自由度及其它多种参数识别方法。具有复棋态平11实模态、彩色图形显示功能，具有运行模态识别和显示功能，具有结构灵敏度分析，棋态参数质量评价方法和各种后处理功能，以及给出图表和！数据多种显示的功能等。从而对于复杂结构系统的棋态试验，

29、可以迅速准确方便地测得系统的较高阶模态固有特性。而对于现场或小型振动测量，宜采用便携式动力测量分析系统。r-. - -. - .”，飞坐坐r寸刷发生银11I 灿灿怪 (a) 1 f 1咐妒厂试力：I! 11T81JQ速度计比1仰tt-1：号：机卜fili:! I I I 一一一一于丁一一一一一一一了一_._.J l鸣等；工；广Hlv-yv计LI捕示t 111例; (a）激振器激励法(b）力镇敲击法图B.1 结构模态试验测试系统框图7 EJ/T 1210-2006 C. 1 试验数据的预处理和检验主要包括：a) 剧除奇异信号，清除趋势项：b) 检验随机信号的平稳性。C.2 数据分析c. 2. 1

30、 基本要求附录G（资料性附录）随机数据分析对随机数据通常应在时域、颇域和幅值域三个不同域里进行分析处理，以获得信号完整的随机特性。但应选定合适的采样频率和分析频率泡围。为了础少分析误差，必要时应采用适当的窗函数。C.2.2 时域分析时域分析可获得信号的特征参数及信号波形在不同时刻的相似性和相关性。信号的时域特征参数有峰值、峰峰值、均值、方差、均方值、均方根值等。时域的相关分析，包括同信号的自相关函数和不同信号之间的互相关函数分析。分析时来样频率应足够高，通常应为分析频率的10倍左右。C.2.3 频域分析Ci普分析频域分析主要是获得信号的功率谱密度函数，包括某一信号的自功率密度函数和不同信号之间

31、的互功率谱密度函数。通过频域分析（谱分析可了解结构响应峰值频率及频率分布范围。流动激励常通过功率谱分析我得包络谱曲线。应注意频率分析的设定范围，在一般的数据采集分析处理系统中，由于来样频率与分析频率之间的关系是固定的（通常为2.54倍，故仅需设定其中之一即可。分析时先将频率设定在较宽的范围，大体了解峰值所处的频率区间，然后在较小的频率范围再进行详细分析。C.2.4幅值域分析通过幅值域分析可了解信号幅值的随机特性，即概率密度与分布函数。8 参考文献l GB 2298-80机械振动、冲击的名词术语2 HAF-0200核电厂设计安全规定，19913 HAD-102/07核电厂堆内的安全设计，1989

32、4机械振动手册，第2版，屈维惶，唐恒龄主编，机械工业出版社2000 EJ/T 1210一20065 U.S. Nuclear Regulatory Commission, Regulatory Guide 1. 20, Comprehensive vibratiom assessent program for Reactor internals During preoperational and initial start up testing 6 AFCEN RCCP Rev. 3. 1984, Design and Construction Rules for System design of PWR Nuclear plant CONOFNF 叮