核級(jí)風(fēng)閥抗震分析

　　應(yīng)用NX-NASTRAN對(duì)核級(jí)閥進(jìn)行抗震分析，計(jì)算了閥門的固有頻率。采用等效靜力法計(jì)算閥門在承受地震載荷及組合載荷共同作用下的應(yīng)力及變形，并根據(jù)ASME AG1標(biāo)準(zhǔn)作出了應(yīng)力評(píng)定和強(qiáng)度校核。從而驗(yàn)證核級(jí)風(fēng)閥在預(yù)定載荷下能滿足結(jié)構(gòu)完整性。

1、概述

　　核級(jí)風(fēng)閥主要應(yīng)用于核島的通風(fēng)系統(tǒng)、安全殼內(nèi)大氣監(jiān)測系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)出口處等，起阻斷氣流、切斷通風(fēng)系統(tǒng)、防止放射性氣體倒流和對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)隔離作用。風(fēng)閥是核電站安全運(yùn)行的關(guān)鍵附件，設(shè)計(jì)規(guī)范要求對(duì)其進(jìn)行抗震分析，目前有限元法已成為各類相關(guān)設(shè)備抗震分析與評(píng)價(jià)的主要模擬工具。本文利用NX -NASTRAN對(duì)核級(jí)風(fēng)閥進(jìn)行抗震分析，驗(yàn)證在地震載荷及其他載荷作用下閥門能否保持壓力邊界的完整性。

2、模態(tài)分析

　　核級(jí)風(fēng)閥安全級(jí)別為三級(jí)，抗震類型為1I，閥門尺寸規(guī)格為1250mm × 1000mm，設(shè)計(jì)內(nèi)壓0.005MPa，設(shè)計(jì)溫度107℃。閥門(圖1) 主要部件包括閥體、閥板、閥軸、連桿、擺臂、聯(lián)接軸和支架。閥門總質(zhì)量為584.64kg，其中電動(dòng)裝置約為140kg。閥門部件材料力學(xué)性能見表1。

　　模態(tài)分析中邊界條件為法蘭兩端加載固定位移約束。計(jì)算得閥門的第一階頻率為37.43Hz (圖2) 。真空技術(shù)網(wǎng)（http://genius-power.com/）認(rèn)為由于第一階頻率高于33HZ，可采用等效靜力法計(jì)算地震載荷引起的應(yīng)力。

表1 閥門主體材料的機(jī)械性能

圖1 閥門三維模型

3、計(jì)算載荷與有限元模型

　　閥門的計(jì)算載荷包括自重、內(nèi)壓、管道連接載荷、檢修負(fù)載和地震。各種工況下載荷組合見表2。有限元模型中，閥體、閥軸、閥板、支架、連桿、擺臂和聯(lián)接軸采用實(shí)體單元建模，電動(dòng)裝置采用集中質(zhì)量點(diǎn)模擬，在NX - NASTRAN 中采用四面體十節(jié)點(diǎn)單元對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散，共計(jì)429480個(gè)單元和818359個(gè)節(jié)點(diǎn)(圖3) 。

圖2 閥門第一階模態(tài)

表2 閥門載荷組合

　　SSE 地震載荷分別用三個(gè)正交方向同時(shí)作用加速度引起的等效靜力代替，其中兩水平方向?yàn)?g，豎直方向?yàn)?.5g。

圖3 閥門有限元模型

5、結(jié)語

　　抗震分析采用最惡劣的工況、最不利的載荷組合，計(jì)算了閥門各重要部件的應(yīng)力，并利用標(biāo)準(zhǔn)限制進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果表明閥門各部位的應(yīng)力及變形均小于規(guī)定限值，滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此，在最嚴(yán)重的地震工況下可保持安全性、可靠性及壓力邊界完整性。