常规与核压力容器实验应力测试

第第期工 力弃器 常规与核压力容器实验应力侧试 西德 前 一飞一 口 核电站和普通电站必须满足高的安全技术 要求 。 因此 , 在容器生产的各个阶段 , 以及当 初次投入使用或已经在 役时 , 都必须对这些容 器进行质量和可靠性检查 。 为 了这个目的 , 多 年来实验应力测试已经用来验证计算方法及所 采用假设的准确性或者用来帮助研究破坏的情 况 。 根据已经得到的经验 , 以及测量和数据处 理技术的继续发展 , 测量和计算系统已经并将 继续用来满足这些特殊的要求 。 本文报导了在 测量设备和数据处理技术两个方面的进 一步 发 展 , 以及它们对安全壳和供水槽图在 实 验应 力测试中的应用 。 带有教据处理的准静态多点 侧, 设备 在核反应堆安全壳压力试验 中的应用 根据德意志联邦共 和国发放许可证程序规 则 , 核电站的运行 , 必须对安全壳进行一次完 整的应力压力试验 【”, 以验证和补充应力 分析的边界条件 , 同时进行实验应力分析 , 其 它国家也是这样 。 试验的准备 在约两年的 制造期间内 , 任何时期都可以 按照制造阶段和检查步骤 , 对安全壳容器直 径约 , 名义壁厚安排应变测量 。 由于制造形状偏差和结构例如容器 和接管的连接部位的原因 , 压力容器中有应 力集中 。 因此在确定应变片的位置时 , 考虑测 定这些应力集中区域是很重要的 。 庄力容器 年 月 试验操作 在压力试验期间 , 每个容器上采用几百个 传感器应变片 、 位移 、 压力和温度 传感 元 件 , 并且每一个传感器的结果必须是连续地 记录 “ 一 。 加压 时得到 了很多重要的数据 。 为 了用空气来完成一次安全和可靠的压力试验 , 必须有一种适宜方法来收集和处理这些数据 。 根据次核电站安全壳压力试验的经验 , 并在 放大器 、 计算机制造公司和软件编制人员的合 作下 , 我们最近制成了一种新的带数据处理的 多点测量设备 。 该设备由微处理机控制 , 最高达个通 道 , 能在一分钟内 , 在磁带 、 磁盘或盒式磁带 上记录并贮存所测的全部数据 。 在压力安全试 验的整个期间 , 这些数据可以在两个荧光屏上 以图表或 一 图形压力一应变图 的形式显示 图 。 利用适当的软件程序 , 所有测 量 通 道按信号大小调整 , 例如可连续不断地提间并 同计算值作比较 , 也能够确定偏差或显示每一 个测点的任何极限值应变 、 应力 、 温度等 。 用这样方法可以在整个测量期间 , 确定和估计 大量侧量点的测量值和趋向 。 测量值或计算值 测量数据表 、 应力数据表 、 一 图形 、 沿部 件外形上的应力分布可以随时在座标打印机 上打印出来或标绘成曲线 。 年月在一个核电站混凝土容器衬里 的 一次压力试验中首先成功地应用了这种可移 动式设备 。 目前 , 辅助软件程序还 在改进之 中 。 新准静态多通道测蚤设备的优点 这个设备的优点包括如下 可进行在高温和低温下的应变测量, 记录附加物理数据温度 、 压 力 、 载 荷 、 位移等, 具有动态数据记录系统 在现场和工厂都能适用 在一分钟内可进行个通道的数据记 录 每个单独通道可作专门处理, 联扭分析 , 可采用程序测量指令或人工控制, 可进行同步数据记录和分析, 对特殊要求的个测量点 , 可进行快速 简化输出, 具有在任何时间对所有数据数分类输出 的可能性, 可在显示器上对任一通道监控每秒输 出一次 可在显示器和打印机上输出以下各种图 表 月 肚扣小已 压 图 赫 , 一二应变 压力应变图计算机打印实例 厂一一一一一一一一一 应力 眨 声 飞 了 , 诬 习一一一一一一一 一丫 一, 一 一 , 认 一 的 让 夔 补李 图沿曲面的应力分布图计算机打印实例 数据一、时何关系 , , 在磁盘上的贮存和锁闭数据 。 第卷第期 弋 刀 荞 器 , 、 “ 共 应 , 一 侧 、少 一一一 卜卜一 一 一之 之 载荷的影响 , 已经引起过压力容器的事故与破 坏 。 运行期间进行的测量有助于预防这方面的 事故 。 一个通道的测量数据记录仪应变 、 温度 、 位移 、 加速度 、 操作参数等自动地控 制各种动态操作与应力状况例如供水槽的应 力状况 , 以确保在使用期间这些数值在给定 的允许范围 。 说明这种检验的目的和原国的实例 经过三年运行后 , 对压水堆系统的无损检 验液体渗透阶段结束后 , 在供水槽图 的内表面检出约有个约占万焊接 支 承 材料 , 尺寸 , 图有 表面裂纹 , 并出现在其前端 。 压力容器长约 , 直径约 , 最大壁厚 , 材 料 的整个内表面上的裂纹 , 主要发 生 在装水部位 , 但有些也 出现在上部接触燕汽部 分 。 裂纹延伸的方向几乎总是平行于焊接支撑 的前端 , 深度不超过 , 通常约为 。 对这些裂纹进行研究时 , 需要考虑各方面 因素 , 例如冶炼 、 操作和应力状况等 。 金相研 究表明应变引起腐蚀裂纹是破坏的原 因 。 根据现有知识认为 , 在应变 引起的腐蚀 丁 屯 含 冰 工 , , 福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福福 誉 誉 刃刃塔 塔月 月杯万下下 ,吧吧 为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为 亥亥 , ,口、向尸 门门曰, 一 卜 州 曰丫护月二,尸,甲 了闷州月 月 创创 , ,喇 肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖肖了州州曰 曰户 户 幻劝 劝下不 不不广 , , , 声, , 召召卜 卜称称刃 刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃 巨巨巨巨巨巨巨 月月小匆 匆闷 闷 卜卜七了乎, ,石 门 门 , , , , , , , , 卜夸卜, 万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万万 卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜 问问胡 胡 尸户, , ,二目门目目留留留汾卜一叫陀陀陀陀 绳绳 盯 刁刁 、泣二】 口口口 日日二 二竺洲山山闷 闷闷闷 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 圈圈圈圈圈圈圈圈圈圈圈圈圈圈圈丙丙 甲 片片踌,面 面门 门一甲勺勺勺勺勺 甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘” 州州 , 一 乓, 一 一一, , , , 习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习习 已已已已已已已已已已已已已已已已 以一 , , 己己己 口口 丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫 内 , , , , , 二二二二二二二二二二二二二二二目习含口 口胜仁 呀 以 气 气 几几 口口 厄厄厄厄厄厄口 口口 卜讨 一十叮 叮朴一比到到 刁刁下 下不 不写 写刀 刀 卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜二而二 二 二 、 了了 娜娜 【 二二 气气气气气 成教 沪 一 从从 匕匕 么人 、 、 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 笨瓢 尸尸 图沿壁厚的应力分布计算机打印实例 在年使用中 , 用带有延迟贮存器的 动态侧数据记录仪 , 进行压力 容器的应变和温度侧皿 常常是不能确切地了解操作情况的 。 在平 行的操作过程中压力与或温度的瞬变 过 程 , 复杂的相互关系以及它们对电站部件的 农而 一 蒸汽部分 一 少里燮只 耐 图 供水槽内表面原来的和几何形状变化后支承的应变片与热电偶的位置 力一部 局 年月 裂纹中 , 机械应力比腐蚀本身更为重婴 。 材料的破坏是从表面保护 膜的 破裂处起始 。 就潮湿的钢材表面通常蒸汽锅炉的内表面 二 而育 , 这种保护膜就是四氧化三铁薄膜 。 稳定的 四氧化三铁薄膜的破裂原因 , 是由于缺陷的落 后 修理和退火 吕, 使它们的弹性受到限制 。 考虑到列举的理由 , 在使用中可能引起裂 纹的原 因如下 结构变形受到限制 , 制造焊接残余应力 , 腐蚀水化学反常 , 一 操作不稳定现象 。 为了评价机械应力结构 、 操作对破坏 的影响 , 决定对供水槽的一年运行期内进行应 变和温度测量 。 测试操作 在有焊接支撑的薄壳设计中 , 会约束壳体 的局部变形 , 导致壳体和支撑间的连接处产生 应变集中 , 其程度取决于几何形状 。 一 为 了确定 应力应变集 中 , 在这些部位贴上应变片 , 在贴应变片之前 , 将已检验出的裂纹全部磨 光 , 随后用液体渗透法对受检部位进行了检 查 。 因为核电站必须尽快地重新起动 , 有一个 支撑板的几何形状仅因磨削而发生变化 , 以这 样的方式壳体和该支撑板之间从间断的变为连 续光滑 , 机械刚度减小 , 因此 , 可以预计 , 测 量结果的应力可以降低 。 用这个方法在全年操 作运行中 , 靠仅用一个支撑的实验来获得估计 所有支撑的结构作类似的变化后的情况是完全 可 能的 。 应变水平是按照文献 , 幻用高 温 应变测量得到的 。 温度是用焊接连接的热电偶 测量的 。 因为只有九小时可以利用这是由于 操作要求缩短装置停堆时间 , 在供水槽内表 面只能用点焊安装了六个高温应变片和四个热 电偶图 。 我们希望用 它们获得与 破坏有关的资料 。 为 了对测量的应变水平和或温度变化作 骨 匀氏卜口习喊哎 响八 众 、 份烈烈到 川划刻目 勺 区囚匡口山仪 山在 丝性了纽性 甘 目勺 一 国厂 厂厂 丫丫 。 告 一 目协 卜 勺 鱿卜甘, 日丫件件件件件件件件件件件件件件 。派 二 甘二二二二二二 卜眨 亡,已已 图动态测量和记录设备的方框图 放大器打印机滤波器前置放大器调幅器廷迟存贮器磁带录音机信号分离器 检势器 模拟输出 打印机 过程检测器 章卷第 期 压力容器 比较与分类 , 供水槽的压力和其代表性的温度 是从核电厂的控制室得到的 , 同时也记录了试 验装置的应变与温度 。 这提供了以下可能性 假如与高应变率相连所记录的压力和或温度 中有特性变化 , 便可以立 即在控制室分析这些 操作条件 。 另一方面 , 也可以重新找到以前操 作记录中的那些情况 。 焊接应变片 、 热电偶和操作数据连接到一 个有通道的测量数据记录仪的放大器上 , 方 框图表示在图 。读数分为准静态和 动态方式 。 为了取得数据的趋向的一般资料 , 可用打印机 准静态记录秒打印一次 , 每个通道一点 , 纸速为 , 图 。 动态过程比 快且大于门槛限 一“ 应变或 温度 , 并记录在磁带上 。 为此 , 该测量装置为连续运行 , 以提供对 一 , , , , 川 、 祥 一, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 汀 一一一一 厂厂厂厂厂 琳琳 一 山山 。 一一一一一, 沉 七 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 一一一一一一一一 川训徽 魂魂魂魂魂魂魂魂 卜卜卜卜卜卜卜卜卜 令令令令令令令令令 。 奋奋奋奋奋奋奋奋奋 图压力 、 应变和温度的时间特性过程 延迟存贮器的全部输入参数的 瞬时值 , 每一个 数值与预调门槛值比较 , 而只有超过门槛值的 那些数值才被永久地记录下来 。 由于这个预先 的估计 , 大大地减少 了测量数据 。 延迟存贮器 的 目的是延迟那些较大的测量值以及其它 个通道的信息的记录 , 直到磁带记录器起动 并达到最高的记录速度 , 以便在门槛信号前记 录未破坏状态的短暂过程 。 然后 , 记录持续仅 娜砂包括数据和 时间的附加信息 。 每当 个通道中有一极限值被超过 , 则重新开始记 录 。 贮存在磁带里的过程 , 能立 即在记录示波 器上显示出来 。 为 了快速报告 , 一台步调打印 机单独打印出开动磁带上快速确定一个特别记 号的记录的位置 。 对事故情况 , 这个过程开始 也能够传递给核电站的打 印机 , 因此亦是电站 全部操作信息系统的 一部分 。 所以在全年运行 的整个测量过程中 , 操作人员一直 了解供水槽 可能的各种情况 。 测量和计算 动态测量数据记录仪记录了下面的操作工 况 , 压力容器空载 装满水的压力容器 , 核电厂从 到 。 负荷的起动, 全年运行期间的测量对 象起动和停车操 作的载荷情况 , 透平停机 、 反应堆紧急停车和 一次紧急动力中断均进行了测量 以上所记述的全部数据用打印机和磁带记 压力容器 年月 竹门日 ” 曰日 日 曰曰 功州 川 川川 川 州汁川川 回 。 逛 非一 录器作了十一个月的记录 。 磁带上的动态测量 数据指出 , 前面所述的信号门槛值从未超过 , 以这种方法说明以前假定的热冲击间题并不存 在 。 已经发现在准静态带状图表自动记录器中 能清楚看出最重要的情况 , 图示出带状图形 , 从图形上可以看出供水槽应变和温度的重要的 特性现象的变化 。 其主要结果一焊接支撑板的 最大应变位置和总是与操作条件有关 , 即发生在压力容器的上部蒸汽部分 , 温度 和下部分水部分 , 温度有温度差别最 大为时 。 分析上述操作条件后 , 得到如下的结果 准静态载荷条件约 水部分温度常数 蒸汽部分温度上升 容器中的 压力上升 动载荷条件约 一 认 蒸汽和水部分的温度同时在下降 , 但具有 不同梯度变化 。 这两种特性载荷条件具有相同不变的运行 操作工况表明工况经常是由蒸汽 发 生 器的放汽而引起的 , 而工况常是由提 供 冷软化水进入供水槽所引起的 。 基于这种情况 , 考虑了十一个月所求得的 全部测量结果 , 除 了在支撑端部的 应变 集中 外 , 在压力容器运行期间发现严重的附加应力 的两个原因 , 并对减小那些应力找 到了解决的 办法 。 为了减小前面所叙述的四氧化三铁保护膜 造成裂纹的可能性 , 用两种方法来改变应力 应变控制机理是可能的 。 在支撑板两端增加一条光猾凹槽 , 并沿切向磨光的方法进行几何优化 , 该区域的 应变测量值大约降低图 。 改变 “ 蒸汽发生器放汽 ” 和 “ 供 给 冷软化水 ” 的操作情况 , 以降低供水槽水和蒸 汽部分之 间的温差 , 可使附加应力减小到一个 “ 任意 ” 低的水平图 。 为 测量主要的温差 , 温度测量的计算表明 因为约米长的压力容器有一定的温 度 梯 应 为八屯乡的 阶盯 随目峨盆云伪阵城时了戈 雌 这勺 变七 洲“曰 香叨 一 巾 价形二 一拼 二 二, 图一个焊接支撑应力应变间的关系 设计与操作方式 度 , 在一个较好的位置安装辅助热电偶 , 并 将其信号传送到控制室是必要的 。 该热电偶能 提供供水槽在操作时主要的信息资料 。 这些测量的重要结论是如果供水槽的水 部分和蒸汽部分间的最大温差不超过 , 那 么在几何形状改变后的支撑板端部周围的最大 应变 , 仅仅是原来应变接近于 。 。 。件 编的 。 与四氧化三铁薄膜 少 允许 的约 。 场的应变相比较 , 可以预料在未来 的使用中 , 这个部位将不会再有因为应变引起 腐蚀裂纹的出现 。 测量 装兰 的优点 与延迟贮存器相关的门槛水平值大大减少 了小时侧耸过程中的磁带上的贮存数据 , 这 是由于仅有那些在操作中超过门槛值的数据才 被贮存起来 。 超过这些门槛值引起核电站故障 信息从测量设备传递到打印系统 。 这就通知了 电站操作人员进一步注意操作条件和信号 。 已经证明测量装置几乎很少需要维护 , 它 只需要值班人员每天检查一次电流供给磁带的 记录能力和可能出现的情况 , 并作相 应的报 告 。 一台附设的计算连同适合的软件 , 可以对 应力一时间过程进行分类 , 同时按破坏假设计 算剩余操作寿命 “ 图 , 进行频率分析或 和以前的参考基准度量作比较 。 第 卷第期压力容器 决丁了口泥了亡人 口仁了了一夕妇下工尸 玻努寿命 很伤分布 命 、 夕 沐 产 久 些坠 范围 今粼叹执六沈狱 淤况 痣态厂 黑 。 山。 ,汗。 图疲劳寿命损伤与它的应力范围和平均 应力的关系计算衫 打印实例 结束语 这里所讨论的两个实例表明 , 测量和数据 处理设备的新发展 , 扩大并改善了实脸应力测 试的可能性 , 从而增加了压力容器的可靠性 。 因为有一个可移动的带有数据处理的准静 态测量设备 , 这就可能进行如下的工作 实现多点个通道的应变侧里 , 例如用于核电站反应堆安全壳现场直接的压力 试验过程中, 测定 、 分类 、 整理并将测量数据同计算 数据或材料特性值进行比较, 图表 、 数据表 、 一 图形立即在荧 光屏 上显示或在 一 打印