研究浮动核电平台动力学响应的试验装置、方法及应用，包括：缩比浮动核电平台，试验水池，振动板，单轴向液压式振动试验系统，姿态角度传感器等；缩比浮动核电平台设置在实验水池中间位置；振动板固定在单轴向液压式振动试验系统的振动台上，振动板将单轴向液压式振动试验系统产生的振动传递到实验水池内部；单轴向液压式振动试验系统用于提供试验所需波浪条件；姿态角度传感器用于采集缩比浮动核电平台六自由度响应参数。本发明专利技术可以测量浮动核电平台无因次衰减系数，同时能够确定缩比浮动核电平台模型不同重心、不同质量和不同布置方式对浮动核电平台效果的影响，同时可提供不同频率、幅值的波浪为浮动核电平台的设计提供支持和依据。和依据。
【技术实现步骤摘要】
研究浮动核电平台动力学响应的试验装置、方法及应用
[0001]本专利技术涉及浮动核电平台领域，具体涉及一种研究浮动核电平台动力学响应的试验装置、方法及应用。
技术介绍
[0002]随着我国海洋经济的逐步发展及国家海权维护的需要，我国对海上能源供给的需求日渐强烈。海洋浮动核电平台具有灵活性、机动性以及核能的清洁高效性，可广泛用于岛礁开发和海洋资源开采，是为海洋开发提供能源保障的一种优良的解决方案。目前，国内已有多家研究机构和企业开始设计多种型号的浮动核电厂。近年来，严重威胁核电厂安全稳定运行的外部灾害时有发生，引发了核电业界的强烈关注。世界核电运营者和组织在福岛核事故后也为了适应国际核安全形势，在同行评估活动中增加了一项设计信息审查科目，重点审查核电厂外部灾害设计的应对能力。浮动核电厂的设计研发通常以陆上核电厂为基础，对其进行小型化、船载化和海洋环境适应性改进，应用的外部灾害设计方法通常也参考了陆上核电厂的方法。但是，浮动核电厂面临的外部环境与陆上核电厂有很大的不同。浮动核电厂虽然可以有效规避地震等外部灾害，但是也存在一些影响安全稳定运行的特有外部灾害。海水是浮动核电厂的载体，海浪是浮动核电厂最为重要的海洋环境条件，海浪灾害也是对浮动核电厂影响最为重要的外部灾害之一。
[0003]我们一般通过两种方法来预测浮动核电平台在波浪中的运动性能和波浪载荷，一种方法是进行水池试验，另一种方法是利用发展的理论和数值方法。一般的水池试验需要将缩比模型放置在大型风浪流水池中进行试验，试验一旦失败便意味着已经消耗大量资源以及成本，且试验不可轻易复现。(焦甲龙.实际海浪环境中舰船大尺度模型运动与载荷响应试验研究[D].哈尔滨工程大学,2016.)在该文献中，作者焦甲龙使用大尺度模型进行试验，而在没有大型摇曳水池的前提下实行该实验造价是非常昂贵的，而且建造工期也会非常长，在制造试验所需风浪环境的时候会非常困难。浮动核电平台在实际海况中遭遇到的都是不规则波，这种不规则波通常有随机性，所以应该采取数学理论中概率和随机理论的方法来计算平台的波浪诱导载荷。受到海洋环境的影响，浮动核电平台会产生多种复杂的运动方式，而在这些方式中以横摇运动对平台的影响最大。当平台发生大幅度横摇运动时，会破坏平台所搭载的设备或影响设备的正常运行，严重时还会引起倾覆事故的发生。因此研究平台横摇运动状态一直是关注的重点。通过求解运动方程便可以对平台动力学响应进行分析，其中无因次衰减系数表征了阻尼、惯性和回复力矩对横摇的影响，系数越大，自由横摇衰减越快，规则波中的频率响应函数就越小，其对谐摇区的影响最为显著。无因次衰减系数的选取对求解结果有很大影响，所以平台无因次衰减系数的精确与否，将直接影响对平台的运动。本平台将铅冷快堆作为重要的备选堆型，具有体积小，灵活性高的优势。但浮动核电站的工作条件更为恶劣，如地震、海啸等。在极端条件下，铅堆主容器内的液体晃动会影响容器本体及反应堆内部构件的振动，可能导致主容器的支承结构损坏，因此我们同样需要对内部结构力学响应了如指掌。
[0004]此外，现有技术，诸如申请号：CN200810036552.2，公开号：CN101261178A公开一种主动式海洋平台混合模型试验装置，其中：海洋平台模型通过拉力传感器和系泊缆模型相连，系泊缆模型下端固接于滑块，滑块位于丝杆上面，丝杆和伺服电机固接，水密装置位于伺服电机、丝杆和滑块的外面，且置于水池底部，运动控制卡连接到计算机，非接触式光学测量系统连接数据自动采集卡及计算机实时分析模块，拉力传感器设置在海洋平台模型和锚泊线模型上端之间，拉力传感器连接到应变放大器，应变放大器连接到数据自动采集卡及计算机实时分析模块。然而，该现有技术并不能测量不同浮动平台无因次衰减系数以及多种外因对浮动平台的影响。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种用于研究浮动核电平台动力学响应的试验装置以及试验方法，可以测量浮动核电平台无因次衰减系数，同时能够确定缩比浮动核电平台模型不同重心、不同质量和不同布置方式对浮动核电平台效果的影响，同时可提供不同频率、幅值的波浪为浮动核电平台的设计提供支持和依据。
[0006]用于研究浮动核电平台动力学响应的试验装置，该装置用于研究浮动核电平台动力学响应，包括：缩比浮动核电平台、系泊缆绳、试验水池、振动板、单轴向液压式振动试验系统、姿态角度传感器、拉力传感器、装有无线压强传感器的平台内压力容器模型，悬挂式液位计，其特征为：
[0007]所述实验水池中间位置设有圆筒型缩比浮动核电平台，所述单轴向液压式振动试验系统用于提供试验所需波浪条件；所述振动板固定在单轴向液压式振动试验系统的振动台上，振动板将单轴向液压式振动试验系统产生的振动传递到水池内部；所述姿态角度传感器放置于缩比浮动核电平台的顶部中心处，用于采集缩比浮动核电平台六自由度响应加速度和摆动角度的时历曲线；所述拉力传感器与系泊缆绳串联，用于测量在缩比浮动核电平台运动时系泊缆绳上的拉力大小；装有无线压强传感器的平台内压力容器模型固定在平台模型底部中心处，用于模拟海洋环境下压力容器的运动；所述悬挂式液位计固定在水箱顶部，通过信号线将液位计本体悬挂在水箱底部，用于测量经过液位计上方的液位时历曲线。
[0008]优选为：所述缩比浮动核电平台为小型铅堆的浮动核电平台缩比模型，在该模型上布置了不同高度与不同质量的砝码和内部构件模型。
[0009]优选为：所述实验水池为一个小型波浪流尺寸水池，固定了可测量出对缩比浮动核电平台有影响的真实波浪的波形与波幅的波高仪，通过波高仪测量影响平台运动的波浪的波形与波幅，并且通过波高仪可对实验预期输入参数进行校正与记录。
[0010]优选为：所述系泊缆绳选用直径为2mm尼龙绳模拟系泊系统，缩比浮动核电平台通过该尼龙绳与水池进行固定，尼龙绳在静水状态下并无明显应力。
[0011]本专利技术还公开一种用于研究浮动核电平台动力学响应的试验装置的实验方法,包括如下步骤：
[0012]步骤1：缩比浮动核电平台模型进行相似性分析并建模，确定不同方式布置的重心，质量，惯性力矩大小关系以制定布置结构；
[0013]步骤2：布置模型并将模型放入注水的水池中，并在模型压力容器模型中加入适量
汞，模拟液态金属冷却剂，最终使平台模型漂浮在水中；
[0014]步骤3：用细绳模拟系泊缆绳将缩比浮动核电平台模型与水池进行连接，使细绳自然漂浮，缩比浮动核电平台模型处于平衡状态；使缩比浮动核电平台模型横倾至角度φ；
[0015]步骤4：释放缩比浮动核电平台模型，使用传感器记录模型在整个横摇运动过程中的时历曲线；
[0016]步骤5：改变角度φ的大小，重复步骤3、步骤4；
[0017]步骤6：重新使缩比浮动核电平台模型处于平衡状态；通过单轴向液压式振动试验系统使振动板以预计的波形进行振动；
[0018]步骤7：记录不同频率下平台六自由度的响应、压力容器模型底部压强和系泊缆张力；
[0019]步骤8：修改波形，重复步骤6、步骤7,使用不同本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.用于研究浮动核电平台动力学响应的试验装置，该装置用于研究浮动核电平台动力学响应，包括：缩比浮动核电平台、系泊缆绳、试验水池、振动板、单轴向液压式振动试验系统、姿态角度传感器、拉力传感器、装有无线压强传感器的平台内压力容器模型，悬挂式液位计，其特征为：所述试验水池中间位置设有圆筒型缩比浮动核电平台，所述单轴向液压式振动试验系统用于提供试验所需波浪条件；所述振动板固定在单轴向液压式振动试验系统的振动台上，振动板将单轴向液压式振动试验系统产生的振动传递到水池内部；所述姿态角度传感器放置于缩比浮动核电平台的顶部中心处，用于采集缩比浮动核电平台六自由度响应加速度和摆动角度的时历曲线；所述拉力传感器与系泊缆绳串联，用于测量在缩比浮动核电平台运动时系泊缆绳上的拉力大小；装有无线压强传感器的平台内压力容器模型固定在平台模型底部中心处，用于模拟海洋环境下压力容器的运动；所述悬挂式液位计固定在水箱顶部，通过信号线将液位计本体悬挂在水箱底部，用于测量经过液位计上方的液位时历曲线。2.根据权利要求1所述的用于研究浮动核电平台动力学响应的试验装置，其特征为：所述缩比浮动核电平台为小型铅堆的浮动核电平台缩比模型，在该模型上布置了不同高度与不同质量的砝码和内部构件模型。3.根据权利要求1所述的用于研究浮动核电平台动力学响应的试验装置，其特征为：所述实验水池为一个小型波浪流尺寸水池，固定了可测量出对缩比浮动核电平台有影响的真实波浪的波形与波幅的波高仪，通过波高仪可对实验预期输入参数进行校正与记录。4.根据权利要求1所述的用于研究浮动核电平台动力学响应的试验装置，其特征为：所述系泊缆绳选用直径为2mm尼龙绳模拟系泊系统，所述缩比浮动核电平台通过该尼龙绳与实验水池进行固定，系泊缆绳在静水状态下并无明显应力。5.一种用于研究浮动核电平台动力学响应的试验装置的实验方法，包括权利要求1
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4任一所述的用于研究浮动核电平台动力学响应的试验装置，其特征为：包括如下步骤：步骤1：缩比浮动核电平台模型进行相似性分析并建模，确定不同方式布置的重心，质量，惯性力矩大小关系以制定布置结构；步骤2：布置模型并将模型放入注水的水池中，并在模型压力容器模型中加入适量汞，模拟液态金属冷却剂，最终使平台模型漂浮在水中；步骤3：用细绳模拟系泊缆绳将缩比浮动核电平台模型与水池进行连接，使细绳自然漂浮，缩比浮动核电平台模型处于平衡状态；使缩比浮动核电平台模型横倾至角度φ；步骤4：释放缩比浮动核电平台模型，使用传感器记录模型在整个横摇运动过程中的时历曲线；步骤5：改变角度φ的大小，重复步骤3、步骤4；步骤6：重新使缩比浮动核电平台模型处于平衡状态；通过单轴向液压式振动试验系统使振动板以...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘雨，王禹超，陆道纲，赵泽武，刘一舟，田晓康，白鑫，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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