核级风阀抗震分析

　　应用NX-NASTRAN对核级阀进行抗震分析，计算了阀门的固有频率。采用等效静力法计算阀门在承受地震载荷及组合载荷共同作用下的应力及变形，并根据ASME AG1标准作出了应力评定和强度校核。从而验证核级风阀在预定载荷下能满足结构完整性。

1、概述

　　核级风阀主要应用于核岛的通风系统、安全壳内大气监测系统及风机出口处等，起阻断气流、切断通风系统、防止放射性气体倒流和对系统的自动隔离作用。风阀是核电站安全运行的关键附件，设计规范要求对其进行抗震分析，目前有限元法已成为各类相关设备抗震分析与评价的主要模拟工具。本文利用NX -NASTRAN对核级风阀进行抗震分析，验证在地震载荷及其他载荷作用下阀门能否保持压力边界的完整性。

2、模态分析

　　核级风阀安全级别为三级，抗震类型为1I，阀门尺寸规格为1250mm × 1000mm，设计内压0.005MPa，设计温度107℃。阀门(图1) 主要部件包括阀体、阀板、阀轴、连杆、摆臂、联接轴和支架。阀门总质量为584.64kg，其中电动装置约为140kg。阀门部件材料力学性能见表1。

　　模态分析中边界条件为法兰两端加载固定位移约束。计算得阀门的第一阶频率为37.43Hz (图2) 。真空技术网（http://www.chvacuum.com/）认为由于第一阶频率高于33HZ，可采用等效静力法计算地震载荷引起的应力。

表1 阀门主体材料的机械性能

图1 阀门三维模型

3、计算载荷与有限元模型

　　阀门的计算载荷包括自重、内压、管道连接载荷、检修负载和地震。各种工况下载荷组合见表2。有限元模型中，阀体、阀轴、阀板、支架、连杆、摆臂和联接轴采用实体单元建模，电动装置采用集中质量点模拟，在NX - NASTRAN 中采用四面体十节点单元对整体结构进行离散，共计429480个单元和818359个节点(图3) 。

图2 阀门第一阶模态

表2 阀门载荷组合

　　SSE 地震载荷分别用三个正交方向同时作用加速度引起的等效静力代替，其中两水平方向为5g，竖直方向为3.5g。

图3 阀门有限元模型

5、结语

　　抗震分析采用最恶劣的工况、最不利的载荷组合，计算了阀门各重要部件的应力，并利用标准限制进行评定。结果表明阀门各部位的应力及变形均小于规定限值，满足标准的要求，因此，在最严重的地震工况下可保持安全性、可靠性及压力边界完整性。