疲劳监测系统的主要处理流程

在调研国外各疲劳监测系统开发方法的基础上，总结出了核电厂疲劳监测系统的工作原理，如图11-1所示。

图11-1 核电厂疲劳监测系统的工作原理

核电厂疲劳监测系统的核心内容是待监测点总应力的计算，系统预先存储所有待监测点应力的计算函数，并通过监测系统传递过来的压力、温度以及流量等信息参数，由监测系统后台计算出监测点应力变化历程，最终根据系统中制订的疲劳评价规则以及材料疲劳特性曲线，实现对疲劳敏感点疲劳损伤状态的实施评价。其开发流程主要包括以下五项基本内容。

1.监测点的选取

监测的位置需要根据核电厂的设计情况确定。根据核电厂系统设备、管道的应力分析报告，选择一组具有代表性，并可以实施监测的位置进行数据采集。核电厂只有核安全1级的设备在进行应力分析时必须进行疲劳分析，疲劳监测系统也主要是关注核电厂主设备，包括压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主管道和波动管等。

对于压水堆核电厂，需要进行实时监测的典型设备及部件（不限于）如下：

1）稳压器波动管（特别是三通部位附近）；

2）稳压器喷淋管线；

3）稳压器波动管管嘴；

4）蒸汽发生器给水管嘴及相邻的水平管线；

5）蒸汽发生器进出口管嘴安全端；

6）反应堆压力容器进出口管嘴；(www.xing528.com)

7）主回路管道；

8）安注系统相应的管线。

2.监测参数的选取

核电厂现有的数据采集条件是建立疲劳监测系统的基础，对于系统本身的工作精度和便捷程度来讲，合理布置仪器仪表是关键。数据的采集也可以使用核电厂运行时需要监测的数据。就压水堆核电厂而言，比较典型的数据采集类型包括主回路管道内冷却剂流量、一回路压力、反应堆压力容器/蒸汽发生器进出口冷却剂温度、蒸汽发生器蒸汽压力、蒸汽发生器主给水/辅助给水流量和温度、稳压器压力、稳压器水位、稳压器喷淋流量及温度等近百组运行参数类型。然而对于一些特殊部位，如稳压器波动管、压力容器接管嘴等流体情况和结构复杂的位置，不能靠直接分析上述运行参数得到相应位置的运行参数，可能需要经过详细分析。

3.材料特性数据库

进行结构部件应力计算时需要的材料特性包括弹性模量、泊松比、热导率、比热等，各相关材料特性按照温度的函数录入到该模块中，详细数据均应参照相关标准和材料特性试验报告。

疲劳评价所需的数据主要是材料疲劳曲线，数据库中存储有各材料的疲劳特曲线，并存储有所有的安全系数和修正因子。

4.应力计算

应力计算模块是疲劳监测系统的核心部分，此模块的开发过程中，首先要把各主要部件的每一个监测点的应力计算公式和计算方法存储在数据库中，不同监测点的应力计算过程不尽相同。如针对基于热分层的稳压器波动管，由于热分层现象会产生局部和总体弯曲应力，其影响因素较为复杂，利用传统的分析方法难以得出应力的格林函数，不得不采取一些简化假设；而对于诸如主管道等流场条件较为单一的结构部件，其应力影响函数的开发就简单得多。

5.疲劳寿命分析评价

在应力的时间历程确定后即可进行疲劳损伤计算。设计阶段进行疲劳分析时对于应力循环大多采用雨流计数法。雨流计数法是从应力时间历程中成对检出最大峰值和最小谷值进行组合，并计算应力变化范围。这种计算方法不考虑应力的时间顺序，从而在设计阶段得到保守的结果。在疲劳监测系统中也可以采用这种方法，但是由于实际监测到的瞬态数据对于已经发生的瞬态事件其顺序是已经确定的，所以也可以采用基于时序的疲劳累计使用系数计算方法，该方法可以更加真实地反映设备的疲劳使用状态。