核级阀门电动执行器抗震试验研究.pdf

2 0 1 5年 5月 第 4 3 卷 第 9期 机床与液压 MACHI NE T O0L HYDRAUL I CS M a v 2 01 5 Vo 1 ． 4 3 No ． 9 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 3 0 核级阀门电动执行器抗震试验研究 郭庆 ，韩松’ ，邱文 ，李涛 1 ．扬 州电力设备修造厂，江苏扬州 2 2 5 0 0 3 ； 2 ．中国科 学院沈 阳自动化研究所机 器人 学国家重点实验 室， 辽 宁沈阳 1 1 0 0 1 6 摘要介绍了S D Q H 2 5型和 S D Q H 5 0型核级阀门电动执行器的抗震试验。试验利用地震模拟试验台，采用多频波法 ， 按照要求的响应谱用人工模拟加速度时程控制 ，对 S D Q H 2 5型和 S D Q H 5 0型核级阀门电动执行器进行动态特性探查试验和 5次 O B E地震模拟试验及 1 次 S S E地震模拟试 验 。试 验验证 了 S D Q H 2 5型和 S D Q H 5 0型核级 阀门电动执行 器在地震 载荷作 用下能正常工作。 关键词 核级阀门电动执行器；抗震试验；响应谱 ；动态特性探查试验 中图分类号T H1 3 2 文献标志码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 5 9 1 0 3 3 S t ud y o n Ea r t hq ua k e - - r e s i s t a n t Te s t o f Nuc l e a r - - g r a de Va l v e El e c t r i c Ac t ua t o r G U O Q i n g ，H A N S o n g ，Q I U We n ，L I T a o 1 ． Y a n g z h o u E l e c t r i c P o w e r E q u i p me n t Ma n u f a c t u r e F a c t o r y ，Y a n g z h o u J i a n g s u 2 2 5 0 0 3 ， C h i n a ； 2 ． S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f Ro b o t i c s ，S h e n y a n g I n s t i t u t e o f A u t o ma t i o n， C h i n e s e Ac a d e my o f S c i e n c e s ， S h e n y a n g L i a o n i n g l 1 0 0 1 6．Ch i n a Ab s t r a c t T h e e a r t h q u a k e r e s i s t a n t t e s t f o r t h e S D Q H 2 5 a n d S D Q H 5 0 t y p e n u c l e a r g r a d e v a l v e e l e c t ri c a c t u a t o r w a s i n t r o d u c e d ． Fo r t h e t e s t s us i n g a n e a rth qu a k e s i mul a t i ng s ha k i n g t a b l e a n d a d o pt i n g t h e mu l t i e qu e n c y t e s t ，t he t e s t s we r e c o n t r o l l e d wi t h us i ng ma n u a l s i mu l a t e d a c c e l e r a t i o n t i me h i s t o rie s ，wh i c h b a s e d o n t h e r e q u i r e d r e s p o n s e s p e c t r u m．T h e d y n a mi c c h a r a c t e ri s t i c s d e t e c t t e s t s o n t h e S D Q H2 5 a n d S D Q H 5 0 t y p e n u c l e a r g r a d e v a l v e e l e c t ri c a c t u a t o r w e r e c a r r i e d o u t ，a n d O B E o p e r a t i o n a l b a s e e a rt h q u a k e e a r t h q u a k e s i mu l a t i o n t e s t fi v e t i me s a n d t h e S S E s a f e t y s h u t d o w n e a r t h q u a k e e a rt h q u a k e s i m u l a t i o n t e s t o n e t i m e ． Th e s e t e s t s p r o v e t h a t t h e S D Q H 2 5 a n d S D Q H 5 0 t y p e n u c l e a r g r a d e v a l v e e l e c t ri c a c t u a t o r c a n w o r k n o r m a l l y u n d e r t h e e f f e c t o f e a r t h q u a k e l o a d ． Ke ywor ds Nu c l e a r g r a d e v alv e e l e c t ric a c t u a t o r ；Ea r t hq u a k e r e s i s t a n t t e s t ；Re s p o n s e s p e c t rum；Dy n a mi c c h a r a c t e ris t i c s d e t e c t t e s t 0前 言 为保证核 电站的安全运行 ，核电站所使用 的设 备 、建筑等都必须经过相应 的抗震 试验 ，以保证其抗 震能力能够在平 时可 能地震 的情况下对核 电站 的运行 不造成影响 。并且在有 可能 发生的最严酷地震状况下 仍能做到安全停堆 。核级阀门电动执行器是用于 控制核 电站 的相关 电动 阀 门 ，从 而保 证系统 的安 全稳定运行 ，是核电站的重要设备之一。核级阀门电 动执行器作为核 电站的重要设备 ，必须要验证核级 阀 门电动执行器的抗震性能，因此要进行电动执行器实 际工况 的抗震试验 。以下着 重介绍了研究 S D Q H型核 级 阀门电动执行器 的抗震试验 。 1 电动执行器构成及参数 S D Q H型核级 阀门电动执行 器主要 是开启 和关 闭 核电站的风阀、闸阀、截止阀等，其主要由罩盖 ，下 壳体、连接盘、驱动电机、手动部件、电气组件及传 动部件等零部件构成，如图 1 所示。传动部件由一对 正齿轮及 N N型少齿差行星齿 轮组 成 。主要技术参数 如表 1 。 图 1 S D Q H型结构图 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 3 - 2 3 基金项目国家 8 6 3 计划资助项目 2 0 0 9 A A 0 4 Z 2 0 3 作者简介郭庆 1 9 8 4 一 ，男 ，硕 士，工程师，主要从事核级 阀门电动执行器设计制造 与分析。E ma i l d x w h g q 1 63 ．c o m。 第 9期 敦庆 等 核级阀门电动执行器抗震试验研究 1 0 5 H z ；Z方 向的固有 频率 为 1 5 ． O 5 H z 。S D Q H 5 0样机 方向的固有频率为 l 5 H z ；Y方向的固有频率为 2 1 ． 2 5 H z ；Z方向的固有频率为 l 5 ． 2 5 H z 。样机 3 个方 向的 固有频率相对于振动试验所测值 下降，在振动试验 中，S D Q H 2 5型 、l ， 、z方向的固有频率分别为大 于 2 0 0 H z 、7 4 ． 6 H z 、6 3 ． 3 H z ，S D Q H 5 0型 、l ， 、Z 方向 的 固有 频率 分 别 为 1 3 1 H z 、1 3 2 ． 6 H z 、1 2 9 ． 2 H z 。这主要是由于样机在振动试验 中是直接与振动 台相连 ，而在抗震试验 中是按 照实 际工况与风阀相连 并 固定在振动 台面上 。 2 ． 2抗 震试 验 毒 暑 a 水 平 方 向 黄 居 T R S必须包络 R R S 。试验 要求 的响应 谱如 图 5所 示 ， 其频率范围为 0 ． 2 ～ 1 0 0 H z ，阻尼比为 4 ％。按照要求 的地震加速度 响应谱 ，生成 的人工模拟地震波作为输 入信号激 励振动台台面进行抗震试验 。 地 震响应 是指抗震 试验 中被试 设备对输 入激 励的放大情况。地震响应与被试设备的自振特性、地 震输入频谱以及振动量级有关，是被试设备对地震输 入综合 反应 的结果。表 2为被试设 备测点 处加速 度响 应的最大峰值 绝对值 。从表 2中可见 ，在 S S E地 震模拟试验中，S D Q H 2 5型在相同位置测点的加速度 高于 S D Q H 5 0型的测 点值 ，这主要 是 由于 S D Q H 5 0与 S D Q H 2 5质量和质心位置不同以及振动台等综合因素 产生的样机对地震加速 度 响应 的差异 ；S D Q H 2 5型手 轮测 点 处 的 加 速 度 反 应 最 大 ，三 轴 向峰 值 分 别 为 1 5 ． 9 g 、2 0 g 、1 4 ． 9 g 。在 整个 抗 震试 验 中 ，S S E地 震 模拟试验最为严酷 ，图 6和图 7所示为抗震试验的 S S E地震模拟试 验加 速度时程 图。从 图 6和图 7中可 以看 出，试验时 间约为 3 0 S ，其 中强震 时问超过 图5 抗震试验响应谱图 2 0 S 。样机在 S S E试验前处 于开启 状态 ，试验 开始后 抗震试验 采用多频波法 ，用人工模拟加速度 时 在强震过程 中操作 电动执行机 构对风 阀进行关 闭。试 程控制 ，时程由要求的响应谱 R R S计算生成 ，同时 验中，被试设备工作处在正常运行状态，试验过程 中 由该人工模拟加速度时程所转换得到的 目标响应谱 和试验后 ，被试设备始终保持其完整性。 表 2 设备测点处加速度 响应 测点 罩 盖 X ／ g 罩 盖 Y ／ g 罩盖 Z ／ g 手轮 X ／ g 手轮 Y ／ g S D Q H 2 5 S D Q H 5 0 S D Q H 2 5 S D Q H 5 0 S D Q H 2 5 S D Q H 5 0 S D Q H 2 5 S D Q H5 0 S D Q H 2 5 S D Q H 5 0 王笙 S D Q H2 5 S D Q H5 0 0BE1 0BE 2 0BE3 OBE4 0BE5 S S E 4． 3 2 5． 5 0 5． 2 2 5．1 8 6． 4 3 1 4． 9 2．1 7 2． 2 2 2． 2 0 2． 2 3 2． 2 0 3． 4 0 2 ． 制 曩 ．2 ． 时 间， 暑 b 晌 图 6 S D Q H 2 5型 S S E地震模拟试验的加速度时程 1 ． 0 0 暑 星 旨 0 O O 0 。 鼍 曼 0 ． 0 0 瑙 舞 ． 若 耀 一 曩 ． ⋯ } l 9． 08 5 9 1 8 ． 17 2 2 7． 25 8 36 ． 34 4 时 间， s a 向 时 间， 罩 b r 向 l s mi c恤b l e - z1 ； ． l l I I_ 山 』 L “ I- IJll I． m I - II山 山 - I - 弭 仰 1『l 『『 mIlIlIIl lI『 『 1_ ⋯ 时 间I s c z向 图 7 S D Q H 5 0型 S S E地震模拟试验 的加速度 时程 下转第 1 6 1页 3 4 6 6 4 7 6 6 6 6 6 O 6 5 5 5 5 8 0 7 l 9 4 O ． 0 1 2 1 0 8 l 1 1 1 2 7 1 6 7 8 7 3 4 3 3 3 8 3 3 3 3 3 5 m 3 4 3 3 5 6 6 6 6 6 6 O 3 3 3 3 3 5 ∞ 兮 B 3 6 2 6 7 5 7 7 7 7 4 8 4 4 4 4 4 6 2 7 6 3 4 8 4 4 4 4 4 8 4 4 4 4 4 5 印 5 6 6 7 6 1 硝景五 ● 潮 曩 第 9期 徐建新 等航空钛合金切削过程有限元数值模拟分析 1 6 1 0． 0 0． 5 1． 0 1 ． 5 2． 0 2． 5 3． 0 3． 5 4 ． 0 4． 5 5． 0 5． 5 切 削 深度／ mm 图6 切削力随切削深度波动曲线图 6 结 论 以有 限元 为指 导 思想 ，运 用 A B A Q U S有 限元 软 件 ，建立了二维钛合金切削模型并成功进行了仿真模 拟 ，其主要成果如下 1 分析 了金属 切 削模 拟 的几个 关 键 问题 本 构模 型的选 择 、切削分离准则 、切 削失 效准则 ，局部 网格加 密等 。 2 模拟 了钛 合 金切 削应 力 和温 度场 的 分布 状 况 ，得出切削过程中，其最高应力与最高温度点相 互重合 ，且 其并不 出现在刀尖处 ，而是 出现在前刀面 距 离刀尖一定距离 的位置 。其 随着切削速度和切削深 度 的增大而增大 。 3 具体研究分析了切削参数对于切削力的影 响在一定范围内，切削力随着切削深度和切削速度 的增加而增加 ，而 向切削力对于切削合力的影响比 Y向切削力 的影 响更 大一些 。 金属切 削仿真模 拟是一个高度非线性 问题 。利用 A B A Q U S 软 件建立仿真模型并得 到较为精确 的计算结 果。从结果来看 ，得知进行二维切削仿真是可行的， 也可以进行拓展研究，使其运用到三维有限元模拟中 以期得到更为精准的结果。A B A Q U S 软件的仿真避免 了在 实际生产譬 如试切削加工 中所带来 的费时 、费力 的缺点，降低了生产成本，提高了劳动生产率，并为 其他二维及三维切削模型的建立奠定了坚实的基础。 参考文献 [ 1 ]王洪祥， 徐涛， 杨嘉． 航空钛合金铣削过程有限元数值 模拟[ J ] ． 机械传动， 2 0 0 8 ， 3 6 2 4 5 - 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4 7 ． 上接第 1 0 5页 3 结束语 综上所述 ，在 对 S D Q H 2 5 型 和 S D Q H 5 0型样机进 行规定的抗震试验后，试验验证了两种核级阀门电动 执行器在地震载荷作用下能正常工作 ，并且样机结构 及工作性能保持完好。 参考文献 [ 1 ]徐剑峰， 徐建平 ， 郭爱华． 核电站电气设备抗震试验方法 探讨 [ C] ． 第一届中国 国际 核电仪控技术大会． 北京 中国核学会， 2 0 1 1 ． [ 2 ]F R A N O R L o ， F O R A S A S S I G ． P r e l i m i n a r y E v a l u a t i o n o f t h e S e i s m i c R e s p o n s e o f t h e E L S Y L F R[ J ] ． N u c l e a r E n g i n e e r - i n g a nd De s i g n， 2 01 2， 2 42 3 61 3 68． [ 3 ]翟欢乐， 余于仿， 张为 ， 等． 核级阀门电动执行机构抗震 分析与试验[ J ] ． 机电工程技术， 2 0 1 2 ， 4 1 7 1 7 1 -1 7 4 ． 『 4 ]R A H MA N MS 。 B A N I K S C ． A S o f e w a r e B a s e d E l e c t r i c A c t u ． a t o r C o n t r o l S y s t e m w i t h Ro b o t i c Ar m ale a r n i n g f o r Un d e r - g r a d u a t e S t u d e n t s [ J ] ． I n t e r n a t i o n al J o u rna l o f G e n e r al E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 1 3 ， 2 1 1 5 2 4 ． [ 5 ]余于仿． 小转矩多回转核级阀门电动装置的研制[ J ] ． 阀 门 ， 2 0 0 9 4 3 5 - 3 6 ． [ 6 ]S D Q H型式试验报告[ z ] ． 中国核动力研究设计院二所 ， 20 0 3． [ 7 ]方庆贤． 关于核级设备的静动态抗震试验的思考[ J ] ． 原 子能科学技术 ， 2 0 0 8 ， 4 2 Z 2 6 0 9 - 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