核島排氣和疏水系統(tǒng)疏水閥抗震分析

高學(xué)生，朱良軍，馬高誠，黃超，李洪武

（1.中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518000；2.阿姆斯壯機(jī)械（中國）有限公司，上海 210000）

核島排氣和疏水系統(tǒng)疏水閥抗震分析

高學(xué)生1，朱良軍1，馬高誠1，黃超2，李洪武1

（1.中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518000；2.阿姆斯壯機(jī)械（中國）有限公司，上海 210000）

本文采用管梁單元、集中質(zhì)量單元及剛性梁連接單元等建立了核島排氣和疏水系統(tǒng)疏水閥的有限元動力模型，準(zhǔn)確地模擬了設(shè)備結(jié)構(gòu)的動力特征。采用有限元動力分析技術(shù)，對該疏水閥進(jìn)行了模態(tài)分析，計算其固有頻率，并采用等效靜力法進(jìn)行了抗震計算，得到了安全停堆地震(SSE)工況下結(jié)構(gòu)內(nèi)的最大應(yīng)力，同時校核了閥體焊縫對閥體抗震強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，該疏水閥在SSE地震事故下，仍能保證結(jié)構(gòu)邊界的完整性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的安全性，且具有較好的安全裕度。

核島疏水閥；等效靜力分析法；安全停堆地震；模態(tài)分析

核電站核島排氣和疏水系統(tǒng)（RPE系統(tǒng)）疏水閥，安裝在核島排氣和疏水系統(tǒng)蒸汽管道上，采用機(jī)械浮球式結(jié)構(gòu)，能自動地排除管道中的冷凝水，并防止蒸汽泄漏，以確保系統(tǒng)安全運行，是核電站中重要的安全設(shè)備之一。該疏水閥抗震等級為1I級設(shè)備，要求在地震工況下保持其結(jié)構(gòu)完整，因此需對該疏水閥進(jìn)行抗震分析。

1 疏水閥結(jié)構(gòu)參數(shù)

該RPE系統(tǒng)疏水閥主要技術(shù)參數(shù)詳見表1。

表1 疏水閥技術(shù)參數(shù)

該RPE系統(tǒng)疏水閥為機(jī)械浮球式結(jié)構(gòu)，主要組成結(jié)構(gòu)包含閥體、閥蓋、杠桿機(jī)構(gòu)、閥瓣和閥座。主要部件為不銹鋼材質(zhì)。上下閥體通過翻邊焊接連接。通過橢球型的浮球和高作用力的杠桿改變閥嘴開口大小，從而實現(xiàn)技術(shù)規(guī)格書要求的排放，設(shè)計簡圖詳見圖1。

2 模型簡化

抗震分析主要用于考察殼體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此只保留上閥體、下閥體以及閥蓋作為分析要素，對于內(nèi)部浮球等其它組成部分，僅考慮其質(zhì)量。基于分析類型和模型特點，采用板殼（Plate）單元和質(zhì)量點（Mass）。

單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用剛性單元（RBE2）連接板殼與質(zhì)量點，板殼厚度取管壁最薄處。

通過有限元軟件在閥門的中性面上建立質(zhì)心，對質(zhì)量點與殼體定義約束方程，使其剛性連接，這樣就使質(zhì)量點上的質(zhì)量載荷傳遞到殼體上。

質(zhì)量點位于坐標(biāo)系1。建立局部坐標(biāo)系2和3，并在坐標(biāo)系處建立剛性單元，施加相應(yīng)的接管載荷。最后在疏水閥進(jìn)出口處定義位移約束。

圖1 閥門結(jié)構(gòu)示意圖

3 模態(tài)分析

采用有限元軟件對閥門進(jìn)行模態(tài)分析，計算閥門固有頻率。通過Nastran計算，得出前三階模態(tài)為：71.79Hz、87.05Hz、157.99Hz。如果閥門基頻高于33Hz，則閥門抗震計算可以采用等效靜力法計算。反之，則必須采用其他方法，如加速度反應(yīng)譜法或時程法。該疏水閥基頻高于33Hz，故采用等效靜力法進(jìn)行抗震計算。

4 抗震計算

1I類閥門在安全停堆地震(SSE)作用下，僅要求保證其壓力邊界的完整性，而對變形量無限制要求。靜態(tài)分析法就是用簡單的方法加上一定的保守因子進(jìn)行分析，以考慮多頻激勵和多振型響應(yīng)對線性框架型構(gòu)筑物的影響。抗震分析一般只對第二類和第四類工況進(jìn)行，第二類工況考慮OBE地震，第四類工況考慮SSE地震。

這里為了計算方便和結(jié)果保守起見，在進(jìn)行建模計算和限值評定時，使用最嚴(yán)重的載荷組合（即事故工況D級載荷）和最嚴(yán)格的應(yīng)力限值(即A級的應(yīng)力限值)。因此，如果這2種工況下的應(yīng)力限值得到滿足，則其它工況的計算結(jié)果也必小于相應(yīng)的應(yīng)力限值，即設(shè)計和A、B、C級工況均可滿足。經(jīng)校核，在A、D級工況下應(yīng)力值符合限值，詳見表2。故閥門在當(dāng)前工況下滿足ABCD級別工況。

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