核島排氣和疏水系統疏水閥抗震分析

高學生，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.阿姆斯壯機械（中國）有限公司，上海 210000）

核島排氣和疏水系統疏水閥抗震分析

高學生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.阿姆斯壯機械（中國）有限公司，上海 210000）

本文采用管梁單元、集中質量單元及剛性梁連接單元等建立了核島排氣和疏水系統疏水閥的有限元動力模型，準確地模擬了設備結構的動力特征。采用有限元動力分析技術，對該疏水閥進行了模態分析，計算其固有頻率，并采用等效靜力法進行了抗震計算，得到了安全停堆地震(SSE)工況下結構內的最大應力，同時校核了閥體焊縫對閥體抗震強度的影響。結果表明，該疏水閥在SSE地震事故下，仍能保證結構邊界的完整性和結構強度的安全性，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；模態分析

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

1 疏水閥結構參數

該RPE系統疏水閥主要技術參數詳見表1。

表1 疏水閥技術參數

該RPE系統疏水閥為機械浮球式結構，主要組成結構包含閥體、閥蓋、杠桿機構、閥瓣和閥座。主要部件為不銹鋼材質。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，從而實現技術規格書要求的排放，設計簡圖詳見圖1。

2 模型簡化

抗震分析主要用于考察殼體的結構強度，因此只保留上閥體、下閥體以及閥蓋作為分析要素，對于內部浮球等其它組成部分，僅考慮其質量?；诜治鲱愋秃湍Ｐ吞攸c，采用板殼（Plate）單元和質量點（Mass）。

單元進行網格劃分，采用剛性單元（RBE2）連接板殼與質量點，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心，對質量點與殼體定義約束方程，使其剛性連接，這樣就使質量點上的質量載荷傳遞到殼體上。

質量點位于坐標系1。建立局部坐標系2和3，并在坐標系處建立剛性單元，施加相應的接管載荷。最后在疏水閥進出口處定義位移約束。

圖1 閥門結構示意圖

3 模態分析

采用有限元軟件對閥門進行模態分析，計算閥門固有頻率。通過Nastran計算，得出前三階模態為：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，如加速度反應譜法或時程法。該疏水閥基頻高于33Hz，故采用等效靜力法進行抗震計算。

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。靜態分析法就是用簡單的方法加上一定的保守因子進行分析，以考慮多頻激勵和多振型響應對線性框架型構筑物的影響?？拐鸱治鲆话阒粚Φ诙惡偷谒念惞r進行，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果保守起見，在進行建模計算和限值評定時，使用最嚴重的載荷組合（即事故工況D級載荷）和最嚴格的應力限值(即A級的應力限值)。因此，如果這2種工況下的應力限值得到滿足，則其它工況的計算結果也必小于相應的應力限值，即設計和A、B、C級工況均可滿足。經校核，在A、D級工況下應力值符合限值，詳見表2。故閥門在當前工況下滿足ABCD級別工況。

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1671-0711（2016）11（下）-0140-02