秦山一期反应堆压力容器更换顶盖水压试验工作应变测试分析

2011-08-02江才林徐济进

上海电气技术 2011年4期

江才林，徐济进

（1.上海电气核电设备有限公司，上海210306；2.上海交通大学，上海200240）

上海电气核电设备有限公司承制的秦山一期30万千瓦反应堆压力容器更换顶盖工程，为了分析水压试验过程中的高应力区的变形情况，需要在顶盖R区实时测量应变与压力的关系，分析水压试验对顶盖应力集中区域应变的影响。

按照阿海珐设备规格书，秦山一期顶盖是按30年寿期设计的，属应力分析设计[1－3]。根据分包技术规范，水压试验过程中需要对顶盖高应力区作应变测量，测出的数据将验证设计方的应力分析计算。水压试验升、降压过程中，需要测量出应力集中区的环、纵向应变随水压压力的变化曲线，判断该应变属于塑性应变还是弹性应变，应力集中区域在内压的作用下所遭受的应力是拉应力还是压应力、工作压力与应变的关系是线性还是非线性、应力集中区域受力是否均匀等技术数据结果，这些数据最终将用于阿海珐更新设备应力分析报告，以指导设备在役参数的设定。

要解决上述这些问题，只有通过静态应变测量的方法，但应变测量容易受到环境温度的影响，同时，要正确区分双向测量的问题；因此，测量系统布置了温度补偿，采用了双向应变仪，运用计算机采集数据，结合回归方程分析压力与应变的关系。

1 测点分布

应变测量点共3点，在顶盖应力集中的区域，其分布见图1。

图1 测点分布

2 测量设备

应变测量采用的是东华测试技术有限公司生产的DH3816静态应变测试仪，测量误差为0.01με，精度满足工程计算要求[4]。每次采样时间为20 s。应变片为上海应变计厂生产的双向应变片。图2是粘贴好的应变片，图3是温度平衡补偿片。

图2 粘贴好的应变片

3 水压试验

图3 温度平衡补偿片

水压试验的操作步骤如下：① 水压试验前先检查顶盖和整个水压回路；②设备充水并密封；③ 温度稳定后，增压最大特定速度为1.5 MPa·s－1，直到试验最小压力21.5 MPa；④ 升至试验压力21.5 MPa，保压30 min；⑤ 降压至设计压力17.16 MPa；⑥ 在设计压力阶段保压1 h后进行泄露检查；⑦ 以不超过1.5 MPa·s－1的速度降压至0，系统排水。

在水压试验过程中，采用压力传感器测量水压，并记录了不同时刻的水压（见图4）。

图4 压力－时间曲线

4 试验结果

4.1 水压控制

由于试验压力采用每分钟1次的人工读数，存在明显的误差（见图5），造成分析上的困难。表1是各典型时间的水压与测点应变数据表。考虑到2＃测点的环向测点应变在试验后回到了零点，表明该测向未发生塑性变形；因此，可以利用实测压力与该测向应变的相关性，重建过程压力。按表1中的实测水压和1－4（2＃测点环向）应变数据组，得图6，利用线性回归，得到回归方程[5]：

式中，Y为计算试验压力；X为2＃测点环向实测应变。

图5 水压试验过程实测试验压力与各测点环向应变的过程曲线

图6 应用2＃测点环向应变所获得的应变－试验压力方程

表1 各典型时间的水压与测点应变

4.2 压力与应变的关系

图7是水压试验过程中应用计算试验压力与各测点环向应变的过程曲线，从图中可以看出试验压力与环向应变是1个线性关系，说明水压试验过程中，环向应变在弹性范围内变化。

图8是水压试验过程中应用计算试验压力与各测点径向应变的过程曲线，从图中可以看出，当试验水压大于15 MPa时，径向发生了塑性变形，且试验压力和径向应变是非线性的。

4.3 3个测点的应变比较

图9（a）和（b）分别是3点环向和径向应变之间的比较。从图中可以看出，3点的环向和径向应变比较接近，说明顶盖应力集中区域受力比较均匀。

4.4 应变与时间的关系

图7 水压试验过程中应用计算试验压力与各测点环向应变的过程曲线

图10（a）和（b）分别是3个测点环向和径向应变与时间的关系曲线。从图10（a）中可以看出，环向应变为拉应变，并且随着压力的增加而增加，其变化是1个线性过程，说明环向应变的变化在弹性范围内，当水压卸载后，环向应变基本恢复为零。

图8 水压试验过程应用计算试验压力与各测点径向应变的过程曲线

图9 3点的应变比较

从图10（b）中可以看出，当水压在工作压力范围内，径向应变基本上为零，水压超过工作压力之后，顶盖应力集中区域发生塑性变形，产生径向收缩，导致径向产生压应变；当水压从试验压力降低到工作压力时，顶盖应力集中区域进一步发生径向收缩，产生更大的压应变；当水压从工作压力降低到零时，顶盖应力集中区域进一步发生径向收缩，产生更大的压应变。