秦山一期反應堆壓力容器更換頂蓋水壓試驗工作應變測試分析

江才林， 徐濟進

（1.上海電氣核電設備有限公司，上海210306；2.上海交通大學，上海200240）

上海電氣核電設備有限公司承制的秦山一期30萬千瓦反應堆壓力容器更換頂蓋工程，為了分析水壓試驗過程中的高應力區的變形情況，需要在頂蓋R區實時測量應變與壓力的關系，分析水壓試驗對頂蓋應力集中區域應變的影響。

按照阿?，m設備規格書，秦山一期頂蓋是按30年壽期設計的，屬應力分析設計[1－3]。根據分包技術規范，水壓試驗過程中需要對頂蓋高應力區作應變測量，測出的數據將驗證設計方的應力分析計算。水壓試驗升、降壓過程中，需要測量出應力集中區的環、縱向應變隨水壓壓力的變化曲線，判斷該應變屬于塑性應變還是彈性應變，應力集中區域在內壓的作用下所遭受的應力是拉應力還是壓應力、工作壓力與應變的關系是線性還是非線性、應力集中區域受力是否均勻等技術數據結果，這些數據最終將用于阿海琺更新設備應力分析報告，以指導設備在役參數的設定。

要解決上述這些問題，只有通過靜態應變測量的方法，但應變測量容易受到環境溫度的影響，同時，要正確區分雙向測量的問題；因此，測量系統布置了溫度補償，采用了雙向應變儀，運用計算機采集數據，結合回歸方程分析壓力與應變的關系。

1 測點分布

應變測量點共3點，在頂蓋應力集中的區域，其分布見圖1。

圖1 測點分布

2 測量設備

應變測量采用的是東華測試技術有限公司生產的DH3816靜態應變測試儀，測量誤差為0.01με，精度滿足工程計算要求[4]。每次采樣時間為20 s。應變片為上海應變計廠生產的雙向應變片。圖2是粘貼好的應變片，圖3是溫度平衡補償片。

圖2 粘貼好的應變片

3 水壓試驗

圖3 溫度平衡補償片

水壓試驗的操作步驟如下：① 水壓試驗前先檢查頂蓋和整個水壓回路；②設備充水并密封；③ 溫度穩定后，增壓最大特定速度為1.5 MPa·s－1，直到試驗最小壓力21.5 MPa；④ 升至試驗壓力21.5 MPa，保壓30 min；⑤ 降壓至設計壓力17.16 MPa；⑥ 在設計壓力階段保壓1 h后進行泄露檢查；⑦ 以不超過1.5 MPa·s－1的速度降壓至0，系統排水。

在水壓試驗過程中，采用壓力傳感器測量水壓，并記錄了不同時刻的水壓（見圖4）。

圖4 壓力－時間曲線

4 試驗結果

4.1 水壓控制

由于試驗壓力采用每分鐘1次的人工讀數，存在明顯的誤差（見圖5），造成分析上的困難。表1是各典型時間的水壓與測點應變數據表。考慮到2＃測點的環向測點應變在試驗后回到了零點，表明該測向未發生塑性變形；因此，可以利用實測壓力與該測向應變的相關性，重建過程壓力。按表1中的實測水壓和1－4（2＃測點環向）應變數據組，得圖6，利用線性回歸，得到回歸方程[5]：

式中，Y為計算試驗壓力；X為2＃測點環向實測應變。

圖5 水壓試驗過程實測試驗壓力與各測點環向應變的過程曲線

圖6 應用2＃測點環向應變所獲得的應變－試驗壓力方程

表1 各典型時間的水壓與測點應變

4.2 壓力與應變的關系

圖7是水壓試驗過程中應用計算試驗壓力與各測點環向應變的過程曲線，從圖中可以看出試驗壓力與環向應變是1個線性關系，說明水壓試驗過程中，環向應變在彈性范圍內變化。

圖8是水壓試驗過程中應用計算試驗壓力與各測點徑向應變的過程曲線，從圖中可以看出，當試驗水壓大于15 MPa時，徑向發生了塑性變形，且試驗壓力和徑向應變是非線性的。

4.3 3個測點的應變比較

圖9（a）和（b）分別是3點環向和徑向應變之間的比較。從圖中可以看出，3點的環向和徑向應變比較接近，說明頂蓋應力集中區域受力比較均勻。

4.4 應變與時間的關系

圖7 水壓試驗過程中應用計算試驗壓力與各測點環向應變的過程曲線

圖10（a）和（b）分別是3個測點環向和徑向應變與時間的關系曲線。從圖10（a）中可以看出，環向應變為拉應變，并且隨著壓力的增加而增加，其變化是1個線性過程，說明環向應變的變化在彈性范圍內，當水壓卸載后，環向應變基本恢復為零。

圖8 水壓試驗過程應用計算試驗壓力與各測點徑向應變的過程曲線

圖9 3點的應變比較

從圖10（b）中可以看出，當水壓在工作壓力范圍內，徑向應變基本上為零，水壓超過工作壓力之后，頂蓋應力集中區域發生塑性變形，產生徑向收縮，導致徑向產生壓應變；當水壓從試驗壓力降低到工作壓力時，頂蓋應力集中區域進一步發生徑向收縮，產生更大的壓應變；當水壓從工作壓力降低到零時，頂蓋應力集中區域進一步發生徑向收縮，產生更大的壓應變。

圖10 水壓試驗過程的應變變化

5 結 語

（1）測量的3點的應變比較接近，說明頂蓋應力集中區域受力比較均勻[1]。

（2）按計算的試驗壓力分析，3個測點的環向應變與壓力呈線性關系，3個測點的徑向應變與壓力呈非線性關系。

（3）通過測量的應變數據可以看出，環向應變為拉應變，隨著水壓的增加在彈性范圍內變化；而徑向在水壓超過工作壓力時產生塑性變形，產生壓應變，塑性應變量約100με，小于500με為正常許可范圍。

[1] 阿海法公司.設備規格書equipment specification NEPMR DC 187秦山一期PRV更換規格書[S].夏龍：阿海法公司，2005.

[2]ASME Code.2001 Edition，Section III，Division 1 Subsection NB[S].北京：中國石化出版社，1998.

[3] 阿海法公司.分包技術規范subcontracting specification BUHSQINCC1000秦山一期PRV更換頂蓋[S].夏龍：阿海法公司，2005.

[4] 童淑敏，韓 峰.工程測試技術[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[5] 張紅星.復雜應力狀態下應變測量和數據處理方法探析[J].中國測試技術，2000，32（2）：52.