主給水泵是核電站必不可少的設(shè)備，它的正常運行能確保蒸汽發(fā)生器的正常供水，對機組安全穩(wěn)定運行及核安全都有重要的作用。

實驗測試需求

在實際工況下，主給水泵會發(fā)生怎樣的變化？

為了研究泵體和電機在暖泵、起泵、運行、停泵和冷卻五個階段的動態(tài)行為，采用新拓三維XTDIC-STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)，基于高速3D-DIC技術(shù)分析5個階段發(fā)生變形不對中的狀況，并繪制在該階段下泵體、出水管和入水管三者的位移變形曲線，分析變形具體位置和來源。

3D-DIC技術(shù)采集測量水泵與電機位移

實驗設(shè)備

采用新拓三維XTDIC-STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)，基于3D-DIC數(shù)字圖像相關(guān)法技術(shù)，采用兩個高速攝像機實時采集主給水泵與電機各個變形階段的圖像，利用準確識別的標志點實現(xiàn)立體匹配，重建出被測表面點的三維空間坐標，并計算得到主給水泵與電機的變形量、三維軌跡姿態(tài)等數(shù)據(jù)。

實驗過程

在泵體，出水管、入水管和電機表面粘貼標志點，使用XTDIC-STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)連續(xù)采集整個實驗過程中的圖像，計算標志點在整個測試過程中的坐標和位移數(shù)據(jù)，并繪制位移—時間曲線。

高速3D-DIC技術(shù)測量動態(tài)位移試驗現(xiàn)場

DIC測試實驗數(shù)據(jù)

對87000多組數(shù)據(jù)采用1：12等間隔采樣，對采樣得到的圖像進行處理，繪制泵體和電機表面的標志點位移曲線，確定哪個階段出現(xiàn)了不對中的情況。

泵坐標方向說明圖

泵體和電機數(shù)據(jù)分析

分析圖中泵體和電機表面關(guān)鍵位置的標志點，并分析所選點在變形過程中的位移曲線。

泵體和電機表面所選點

泵體和電機表面的點的總位移曲線，以及各實驗狀態(tài)區(qū)間劃分如下圖所示。

電機和泵體總位移曲線及實驗狀態(tài)劃分說明

位移圖的橫坐標是相機的采集數(shù)量，由于相機在不同的試驗階段所采用的采集頻率，對應(yīng)到實際時間時，采用以下的對應(yīng)關(guān)系進行換算：

0~36為暖泵每個狀態(tài)間隔對應(yīng)實際時間為12分鐘；

36~1800為起泵每個狀態(tài)間隔對應(yīng)實際時間為1.2秒；

1800-19300為穩(wěn)態(tài)每個狀態(tài)間隔對應(yīng)實際時間為12分鐘；

1930-2380為停泵每個狀態(tài)間隔對應(yīng)實際時間為1.2秒；

2380-5450為二次起泵每個狀態(tài)間隔對應(yīng)實際時間為1.2秒；

5450-7340為二次停泵每個狀態(tài)間隔對應(yīng)實際時間為1.2秒。

下圖分別是泵體和電機在X、Y和Z方向的位移曲線數(shù)據(jù)，從圖形中可以看出：從暖泵開始，泵體和電機的位移不一致。

泵體和電機X方向位移曲線

泵體和電機Y方向位移曲線

泵體和電機Z方向位移曲線

X方向：泵體和電機均向X+方向發(fā)生移動，在暖泵階段，泵體位移量2.3mm，電機位移量1.9mm，二者有約0.4mm的位移偏差；

Y方向：泵體和電機在暖泵開始時均向Y-方向發(fā)生位移，并且有0.3mm的不對中，泵體的移動量更大，Y方向的偏差從起始一致延續(xù)至實驗結(jié)束，在起泵和運行階段偏差較為穩(wěn)定，在停泵階段偏差逐漸縮小。

Z方向：泵體向Z+方向移動，電機向Z-方向移動，二者所移動量基本一致，并且整個過程比較穩(wěn)定，位移量基本維持在0.5mm-1.0mm。

泵體、出水管和入水管暖泵階段數(shù)據(jù)分析

暖泵階段，選取泵體、出水管和入水管表面比較穩(wěn)定的三個點進行數(shù)據(jù)分析，選點位置如下圖所示：

3D-DIC技術(shù)測量泵體、入水管和彎水管表面選點位置

泵體、入水管和出水管在X、Y、Z方向位移隨時間變化曲線如下圖所示，每個狀態(tài)間隔對應(yīng)實際時間為12分鐘：

3D-DIC技術(shù)測量暖泵階段泵體、入水管和出水管X方向位移曲線

3D-DIC技術(shù)測量暖泵階段泵體、入水管和出水管Y方向位移曲線

3D-DIC技術(shù)測量暖泵階段泵體、入水管和出水管Z方向位移曲線

從3D-DIC軟件輸出的位移曲線中可以看出，在暖泵階段：

X方向：泵體、出水管和入水管都向X+方向移動，位移量基本一致，接近2.5mm。

Y方向：泵體向Y-方向移動，位移逐步增加，并在暖泵2小時時趨于穩(wěn)定，位移值為1.1mm；入水管向Y+方向移動，位移逐步增加，至暖泵結(jié)束時共移動0.7mm；出水管在暖泵過程中整體向Y-方向移動，至暖泵結(jié)束時共移動0.3mm。

Z方向：入水管和泵體逐步向Z+向移動，泵體移動0.5mm，入水管移動0.3mm，而出水管向Z-方向發(fā)生移動，位移值為0.5mm。

誤差分析

使用XTDIC-STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)，基于3D-DIC技術(shù)對泵體和電機進行測量時，經(jīng)過分析認為，實驗中存在的誤差主要來源于以下方面：

相機溫度變化

3D-DIC技術(shù)設(shè)備單次測量時間超10小時，長時間運行相機自身會發(fā)熱，導(dǎo)致芯片等物理器件發(fā)生微小的熱翹曲變形，會導(dǎo)致相機在主點偏差上與初始的標定結(jié)果存在差異，使測量得到的數(shù)據(jù)存在噪聲。

泵體高溫發(fā)熱

泵體在實驗過程中表面會產(chǎn)生高溫，造成3D-DIC設(shè)備采集時標志點出現(xiàn)變色、褶皺等情況，會導(dǎo)致標志點出現(xiàn)誤差，3D-DIC技術(shù)軟件計算過程中需選擇數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定的點進行分析，但高溫變化會帶來部分噪聲。

精度評估

綜合上述兩方面的影響，經(jīng)過3D-DIC設(shè)備相機圖像分析，評估整體3D-DIC設(shè)備測量精度在0.1mm以內(nèi)。

實驗結(jié)論

1）使用XTDIC-STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)，借助高速攝像機能夠在高幀速率下實現(xiàn)高分辨率，3D-DIC技術(shù)軟件可以更清晰精確地分析被測物的位移和形變。

2）對泵體和電機進行測量，分析泵體和電機在完整測試階段的變形，泵在暖泵階段出現(xiàn)變形不一致的情況，導(dǎo)致泵體和電機發(fā)生不對中的情況。

3）通過泵體和電機表面的點的總位移曲線，以及各實驗狀態(tài)區(qū)間劃分，可以看出泵體和電機在整個測試過程中，從暖泵開始，泵體和電機的位移不一致。

4）通過對泵體、電機、出水管和入水管的位移和變形數(shù)據(jù)分析，有助于在調(diào)試和試運行時發(fā)現(xiàn)問題，為后續(xù)分析處理及系統(tǒng)安全提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為后續(xù)機組的安全運行提供有力保證。