Page 255 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 38 卷第 11 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 38 No. 11
2025 年 11 月 Journal of Vibration Engineering Nov. 2025

核 主 泵 磁 流 变 半 主 动 隔 振 及 试 验 验 证

张家明 ， 邹冬林 ， 廖国江 ， 余永丰 ， 张志谊 ， 饶柱石 1,2
4
1,2
1,2
3
1,2
（1. 上海交通大学振动、冲击、噪声研究所，上海 200240； 2. 上海交通大学机械系统与振动全国重点实验室，上海 200240；
3. 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都 610213； 4. 汉江国家实验室，湖北 武汉 430061）
摘要：针对核主泵（RCP）在变工况下因传统被动隔振系统动力学参数固定导致的隔振性能不足问题，本文开展了基于磁流变
阻尼器（MRD）的 RCP 半主动控制研究。建立了考虑 RCP 集中质量特性和 MRD 非线性滞回特性的耦合系统动力学模型。设
计了基于天棚阻尼原理的半主动控制律，通过实时调节 MRD 输入电流动态匹配激励特性，实现系统动力学参数的自适应调
节。通过仿真对比了 10~60 Hz 内无控制、传统被动控制、MRD 被动控制及 MRD 天棚半主动控制的隔振效果。以传统被动
控制为参考，MRD 天棚半主动控制策略在系统固有频率处加速度级降低 22.34 dB，对数传递率积分降低 3.61 dB，均方根传递
率积分降低 5.07 dB。仿真结果表明，MRD 天棚半主动控制策略可动态适配 RCP 变工况特性。搭建了 RCP-MRD 试验台架，评
价指标实测值与仿真值的平均相对误差为 8.45%，验证了 MRD 天棚半主动控制策略在变频激励下抑制 RCP 宽频振动的有效性。

关键词： 核主泵；磁流变阻尼器；半主动隔振；天棚控制
中图分类号：U469.72；U463.33 文献标志码：A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202508024

Magnetorheological semi-active vibration isolation and experimental verification

for reactor coolant pump

1,2
1,2
3
4
1,2
ZHANG Jiaming ，ZOU Donglin ，LIAO Guojiang ，YU Yongfeng ，ZHANG Zhiyi ，RAO Zhushi 1,2
（1.Institute of Vibration，Shock and Noise，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China；2.State Key Laboratory of
Mechanical System and Vibration，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China；3.Science and Technology on
Reactor System Design Technology Laboratory，Nuclear Power Institute of China，Chengdu 610213，China；
4.Hanjiang National Laboratory，Wuhan 430061，China）
Abstract：To overcome the limited broadband vibration isolation of the reactor coolant pump (RCP) under variable operating conditions，this
paper proposes a semi-active control strategy using magnetorheological dampers (MRD). First， a coupled system dynamics model was
established considering the lumped-mass properties of RCP and the nonlinear hysteretic behavior of MRD. Then，a semi-active control law
based on the skyhook damping principle was synthesized to generate the command current for MRD，thereby enabling real-time damping
adaptation to excitation characteristics. Furthermore，this paper compares the vibration isolation performance of four cases within the 10~60 Hz
range via numerical simulation：uncontrolled，traditional passive control，MRD passive control，and MRD skyhook semi-active control.
Simulations demonstrate that relative to traditional passive control，the MRD skyhook strategy reduces acceleration response at resonance by
22.34 dB， decreases logarithmic transmissibility integral by 3.61 dB， and lowers root mean square transmissibility integral by 5.07 dB.
Subsequently， an RCP-MRD experimental bench was constructed to experimentally validate the control strategy. Experimental validation
confirmed that the average relative error between measured and simulated metrics is 8.45%，confirming the effectiveness of the MRD skyhook
strategy for suppressing RCP broadband vibration under variable operating conditions and demonstrating close agreement between simulation
and experiment. The findings demonstrate that the MRD skyhook semi-active strategy dynamically adapts to RCP variable operating
conditions，thereby offering an experimentally validated solution for adaptive vibration suppression in RCPs under variable operations.

Keywords：reactor coolant pump；magnetorheological damper；semi-active vibration isolation；skyhook control

核主泵（reactor coolant pump, RCP）作为反应堆冷 部存在的复杂转子-流体-结构耦合动力学行为，也是

却剂系统的核心动力源，其运行可靠性直接关系核 系统振动的主要激励源。剧烈的机械振动不仅会诱
动力装置的放射性安全与运行效率。然而，RCP 内 发自身及相连管路等关键部件的疲劳损伤 [1-2] ，还可

收稿日期：2025-08-11；修订日期：2025-09-21
基金项目：国家自然科学基金资助项目（12372055，52375110）；汉江国家实验室联培基金项目（LP2024013）