主泵轉速機箱安裝螺栓抗震分析

李 琦 于 金 劉良偉

（中廣核研究院有限公司北京分公司，中國 北京 100086）

0 引言

隨著核電事業的蓬勃發展，核電站的設計和建造對抗震設計的要求也越來越高。核電站抗震設計的目的是保證設備在發生安全停堆地震（SSE）時能夠保持結構的完整性和可運行性，執行其安全級功能。

主泵轉速機箱安裝在現場K3級機柜內，該機箱已經通過抗震試驗鑒定。本文根據電站現場使用狀況對主泵轉速機箱的安裝螺栓進行抗震分析。根據實際情況對安裝主泵轉速機箱的機柜設備進行三維建模，使用有限元分析軟件對模型進行模態分析和響應譜分析，得到在地震條件作用下主泵轉速機箱安裝螺栓及固定結構的最大應力值。

以主泵轉速機箱安裝螺栓及固定結構的最大應力值和RCC-M規定的許用應力值進行對比分析。確保主泵轉速機箱安裝螺栓可以在要求的地震條件下安全可靠的工作。

1 計算模型的建立

主泵轉速機箱安裝在現場K3級機柜內。根據電廠提供的參數，該K3級機柜的尺寸為寬X高X深=600mmX2100mmX600mm；重量250KG，采用整體焊接的結構型式。對機柜設備進行等比例建模，主體結構使用3mm鋼板焊接組成，材料使用Q235B，底座四周使用角鋼加強。

為了減少計算量，使用等質量的配重模擬機柜上面的5層主泵轉速機箱和機柜反面的繼電器、斷路器等設備負載。

2 固定結構和安裝螺栓的許用應力要求

2.1 固定結構的許用應力要求

機柜設備的主體材料為Q235B，在 20℃時，材料的力學性能參數：

楊氏模量 E=1.98x105MPa

泊松比 =0.3

抗拉強度 Su=375MPa

屈服強度 Sy=235MPa

根據RCC-M SUBSECTION ZIII 310，得到基本許用應力值：

S=Min(2Sy/3，Su/4)=94MPa

2.2 安裝螺栓的許用應力要求

主泵轉速機箱使用4個M6*16的安裝螺栓與機柜設備連接，螺栓等級為8.8級。8.8級螺栓的參數：

抗拉強度Su=800 MPa

屈服強度Sy=640 MPa

根據RCC-M SUBSECTION ZIII 320，對于鐵素體螺栓，得到基本許用應力值。

S=Min(Sy/4，Su/5)=160MPa

3 主泵轉速機箱安裝螺栓的抗震分析

3.1 地震反應譜

為保證分析結果的通用型，使用RCC-E推薦的適用于所有電站的通用反應譜加速度，阻尼比取0.05。

3.2 模態分析

對建立好的模型進行網絡劃分。考慮到裝配對設備抗震性能的影響，對機箱與機柜裝配螺栓部位進行局部細化。網絡劃分完成后，對模型進行模態分析，以確定其固有頻率和振型。

3.3 響應譜分析

對模態分析完成后的模型進行響應譜分析，代入3.1章節中的通用反應譜加速度。阻尼比取0.05。

通過分析結果可知，機柜設備上固定結構的最大應力值出現在前排最頂端的安裝螺栓附近。S1max=37.1Mpa。主泵轉速機箱安裝螺栓的最大應力值出現在第二排機箱的安裝螺栓上，S2max=62.9Mpa。

3.4 分析結論

根據響應譜分析的計算結果。在給定地震條件的作用下，機柜固定結構的最大應力值S1max=37.1Mpa。遠小于設備材料的基本許用應力值94Mpa。主泵轉速機箱安裝螺栓的最大應力值S2max=62.9Mpa，遠小于安裝螺栓的許用應力值160Mpa。

主泵轉速機箱安裝螺栓可以在要求的地震條件下安全可靠的工作。

4 結束語

核電站設備結構的抗震響應可以通過計算分析得到，使用分析的方法可以對設備結構的動態特性進行深入的研究，得到結構上任意位置的地震響應和應力狀態分布，可以在設計階段，對設備的結構形式進行評定和優化。