Модальный анализ макетов ТВС реакторов ВВЭР при силовом и кинематическом возбуждении вибрации

1

Модальный анализ Модальный анализ

макетов ТВС макетов ТВС

реакторов ВВЭР при реакторов ВВЭР при

силовом и силовом и

кинематическом кинематическом

возбуждении возбуждении

вибрациивибрации В.В. Макаров

А. В. Афанасьев

И.В. Матвиенко

2

Результаты экспериментального модального анализа необходимы:

для настройки и верификации расчетных кодов; для отстройки от резонансов на частотах

вынуждающих сил.

В ходе экспериментального модального анализа определялись модальные характеристики

(формы, частоты, коэффициенты демпфирования, передаточные функции)

пяти полномасштабных макетов ТВС ВВЭР-1000, ВВЭР-1500, ВВЭР-440 и их

элементов (твэлов, уголков, нижней решетки)

3

Устройство продольного поджатия

Макет ТВС

Каркас стенда

Стенд-стапель виброиспытаний

4

Акселерометры

Макет ТВС

Динамометр

Приложение вибронагрузки к ДР (силовое нагружение)

Электродинамический вибростенд

5

акселерометры

макет ТВС

вибростенд

вибростенд

Приложение вибронагрузки к опорам (кине-матическое на-

гружение)

6

Временная реализация сигнала с акселерометра

7SAA(f)=A*(f)ּA(f)=|A(f)|2

Автоспектр сигнала с акселерометра

8

Определение типа колебаний

Фаза взаимного спектра сигналов

Схема расположения датчиков на ТВС

Направление вибронагрузки

SAB(f)=A*(f)ּB(f)

Акселерометры

Cross-spectrum(Signal 4,Signal 12) - Input (Phase)Working : Input : Input : FFT Analyzer

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44

-160

-120

-80

-40

0

40

80

120

160

[Hz]

[Degree] Cross-spectrum(Signal 4,Signal 12) - Input (Phase)Working : Input : Input : FFT Analyzer

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44

-160

-120

-80

-40

0

40

80

120

160

[Hz]

[Degree]

А В

9

1

2

3

4

Im(H1)

Определение форм колебаний

H1(f)=SAB(f)/SAA(f)Передаточная функция Frequency response H1(A,B):

10

Автоспектр колебаний макета ТВС-2М при силовом возбуждении

Нагружение вибростендом

Нагружение ударным молотком

Autospectrum(Signal 5) - Mark 1Working : Measurement DR10(Mark 1) : Input : FFT Analyzer

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0

4u

8u

12u

16u

20u

24u

28u

[Hz]

[s] Autospectrum(Signal 5) - Mark 1Working : Measurement DR10(Mark 1) : Input : FFT Analyzer

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0

4u

8u

12u

16u

20u

24u

28u

[Hz]

[s]

Autospectrum(Signal 5) - InputWorking : Input : Input : FFT Analyzer

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

20u

40u

60u

80u

100u

120u

140u

160u

180u

[Hz]

[s] Autospectrum(Signal 5) - InputWorking : Input : Input : FFT Analyzer

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

20u

40u

60u

80u

100u

120u

140u

160u

180u

[Hz]

[s]

11

Формы изгибных колебаний макета ТВС-2М

12

Формы крутильных колебаний макета ТВС-2М

13

ФормаКоэф. демф.,

%

Собственная частота, Гц

Ударный молоток

Вибростенд

Кинем. нагр.

Расчет ОКБ ГП

Расчет РНЦ КИ

1-я изгибная 5,5 5,0 5,0 5 3,42/5,26 4,0

1-я крутильная 3,4 8,0 7,5 - 7,11/8,38 8,1

2-я изгибная 2,4 10,5 10,5 10 7,12/11,06 8,5

2-я крутильная 0,8 16,0 15,0 - 14,18/ 16,76 15,1

3-я изгибная 2,0 16,5 16,0 16-18 11,06/16,98 13,7

3-я крутильная - 24,0 24,0 - -/ 25,16 21,2

4-я изгибная - - 23,0 26 15,41 /23,08 19,5

5-я изгибная - - 28,5 30 20,33 /29,46 26,2

4-я крутильная - - 32,0 - - 26,9

6-я изгибная - - 35,5 - - -

Вибрационные характеристики ТВС-2М

14

Колебания макета ТВС ВВЭР-1500 (f=4,1 Гц)

15

Колебания ТВС ВВЭР-1500 (f=8,7 Гц)

16


17


18


19

Собственные частоты колебаний ТВС

20

Коэффициенты демпфирования колебаний ТВС

21

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40f/Гц

Ma

gH

1

ДР4, А=5 м/с2

ДР4, А=3 м/с2

ДР4, А=1 м/с2

ДР4, А=0.3 м/с2

ДР4, А=0.1 м/с2

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40f/Гц

Ma

gH

1

ДР 4, А=1 м/с2

ДР 4, А=3 м/с2

ДР 4, А=5 м/с2

ДР4, А=0.3 м/с2

ДР4, А=0.1 м/с2

синфазное возбуждение

вибрации опор

возбуждение вибрации опор в противофазе

Передаточные функции ТВС-2М

на уровне ДР4

22

Передаточные функции ТВС ВВЭР-1500 при кинематическом возбуждении вибрации опор

23

Воспроизведение сейсмической нагрузки на опорах УТВС:временные реализации ускорений опор и целевых функций

0 15 10 5 1 2 3 4 6 7 8 9 11 12 13 14

s

-1.50

1.50

Rea

l( m

/s2)

F Time NO -respF Time NO -targ

0 15 10 5 1 2 3 4 6 7 8 9 11 12 13 14

s

-1.50

1.50

Rea

l( m

/s2)

F Time VO -respF Time VO -targ

0 24 10 20 2 4 6 8 12 14 16 18 22

Hz

0.00

5.00e-3

Am

plitu

deg

F spec_NO_respF spec_NO_targ

0 24 10 20 2 4 6 8 12 14 16 18 22

Hz

0.00

5.00e-3

Am

plitu

deg

F spec_VO_respF spec_VO_targ

24

Воспроизведение сейсмической нагрузки на опорах УТВС:автоспектры колебаний опор и целевых функций

0 15 10 5 1 2 3 4 6 7 8 9 11 12 13 14

s

-1.50

1.50

Rea

l( m

/s2)

F Time NO -respF Time NO -targ

0 15 10 5 1 2 3 4 6 7 8 9 11 12 13 14

s

-1.50

1.50

Rea

l( m

/s2)

F Time VO -respF Time VO -targ

0 24 10 20 2 4 6 8 12 14 16 18 22

Hz

0.00

5.00e-3

Am

plitu

deg

F spec_NO_respF spec_NO_targ

0 24 10 20 2 4 6 8 12 14 16 18 22

Hz

0.00

5.00e-3

Am

plitu

deg

F spec_VO_respF spec_VO_targ

25

Отклик УТВС на уровне ДР11 при воспроизведении сейсмической нагрузки на опорах ТВС

0 24 10 20 2 4 6 8 12 14 16 18 22

HzX-Axis

0.00

6.00e-3

Am

plitu

deg

F spec_dr11

0 15 10 5 1 2 3 4 6 7 8 9 11 12 13 14

s

-0.14

0.16

Rea

lg

F time_d11

0 10 20 2 4 6 8 12 14 16 18 22

HzX-Axis

0.00

5.20e-3

Am

plitu

deg

F spec_dr8

0 15 10 5 1 2 3 4 6 7 8 9 11 12 13 14

s

-0.15

0.15

Rea

lg

F time_dr8

26

Автоспектры колебаний твэлов(на примере макета ТВС-2М)

Пролет 340 мм,Частота 83-120 Гц

верхний пролет 260 мм, без топливных таблеток, частота 320-360 Гц

Autospectrum(Signal 13) - Mark 1Working : Measurement : Input : FFT Analyzer

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360

0

4u

8u

12u

16u

20u

[Hz]

[s] Autospectrum(Signal 13) - Mark 1Working : Measurement : Input : FFT Analyzer

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360

0

4u

8u

12u

16u

20u

[Hz]

[s]

Autospectrum(Signal 8) - Mark 1Working : Measurement : Input : FFT Analyzer

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360

0

5u

10u

15u

20u

25u

30u

35u

40u

[Hz]

[s] Autospectrum(Signal 8) - Mark 1Working : Measurement : Input : FFT Analyzer

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360

0

5u

10u

15u

20u

25u

30u

35u

40u

[Hz]

[s]

27

Собственные частоты твэлов в макетах ТВС

28

Собственные частоты одиночного твэла

29

Колебания уголков РК-3 ВВЭР-440 (135 Гц)

30

Колебания уголков РК-3 ВВЭР-440 (283 Гц)

31

1 Проведены исследования вибрационных характеристик пяти макетов ТВС реакторов ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и ВВЭР-1500 при силовом и кинематическом возбуждении вибрации.

2 В собственных колебаниях макетов ТВС присутствуют формы, характерные для ТВС как целого, а также свойственные отдельным элементам ТВС.

3 В колебаниях ТВС как целого имеются изгибные и крутильные формы. 1-я частота изгибных колебаний макетов составляет от 2 Гц у макета ТВС ВВЭР-1500, имитирующего «выгоревшее» состояние, до 6,9 Гц у макета РК-3 ВВЭР-440. 1-я частота крутильных колебаний находится в пределах от 4,5 до 16,8 Гц.

Заключение

32

4 При кинематическом возбуждении вибрации опор частоты и амплитуды колебаний ТВС на резонансах зависят от амплитуды вибрации опор.

5 Частоты собственных колебаний твэлов в пролетах между ДР определяются главным образом длиной и массой пролета. Введение антивибрационной решетки увеличивает собственную частоту твэла до величин около 2 кГц. Появление зазоров между твэлами и ячейками ДР приводит к снижению собственной частоты твэла в пролете длиной 340 мм примерно на 30 %.

Documents

Модальный анализ макетов ТВС реакторов ВВЭР при силовом и кинематическом возбуждении вибрации