核岛排气和疏水系统疏水阀抗震分析

高学生，朱良军，马高诚，黄超，李洪武

（1.中广核工程有限公司，广东 深圳 518000；2.阿姆斯壮机械（中国）有限公司，上海 210000）

核岛排气和疏水系统疏水阀抗震分析

高学生1，朱良军1，马高诚1，黄超2，李洪武1

（1.中广核工程有限公司，广东 深圳 518000；2.阿姆斯壮机械（中国）有限公司，上海 210000）

本文采用管梁单元、集中质量单元及刚性梁连接单元等建立了核岛排气和疏水系统疏水阀的有限元动力模型，准确地模拟了设备结构的动力特征。采用有限元动力分析技术，对该疏水阀进行了模态分析，计算其固有频率，并采用等效静力法进行了抗震计算，得到了安全停堆地震(SSE)工况下结构内的最大应力，同时校核了阀体焊缝对阀体抗震强度的影响。结果表明，该疏水阀在SSE地震事故下，仍能保证结构边界的完整性和结构强度的安全性，且具有较好的安全裕度。

核岛疏水阀；等效静力分析法；安全停堆地震；模态分析

核电站核岛排气和疏水系统（RPE系统）疏水阀，安装在核岛排气和疏水系统蒸汽管道上，采用机械浮球式结构，能自动地排除管道中的冷凝水，并防止蒸汽泄漏，以确保系统安全运行，是核电站中重要的安全设备之一。该疏水阀抗震等级为1I级设备，要求在地震工况下保持其结构完整，因此需对该疏水阀进行抗震分析。

1 疏水阀结构参数

该RPE系统疏水阀主要技术参数详见表1。

表1 疏水阀技术参数

该RPE系统疏水阀为机械浮球式结构，主要组成结构包含阀体、阀盖、杠杆机构、阀瓣和阀座。主要部件为不锈钢材质。上下阀体通过翻边焊接连接。通过椭球型的浮球和高作用力的杠杆改变阀嘴开口大小，从而实现技术规格书要求的排放，设计简图详见图1。

2 模型简化

抗震分析主要用于考察壳体的结构强度，因此只保留上阀体、下阀体以及阀盖作为分析要素，对于内部浮球等其它组成部分，仅考虑其质量。基于分析类型和模型特点，采用板壳（Plate）单元和质量点（Mass）。

单元进行网格划分，采用刚性单元（RBE2）连接板壳与质量点，板壳厚度取管壁最薄处。

通过有限元软件在阀门的中性面上建立质心，对质量点与壳体定义约束方程，使其刚性连接，这样就使质量点上的质量载荷传递到壳体上。

质量点位于坐标系1。建立局部坐标系2和3，并在坐标系处建立刚性单元，施加相应的接管载荷。最后在疏水阀进出口处定义位移约束。

图1 阀门结构示意图

3 模态分析

采用有限元软件对阀门进行模态分析，计算阀门固有频率。通过Nastran计算，得出前三阶模态为：71.79Hz、87.05Hz、157.99Hz。如果阀门基频高于33Hz，则阀门抗震计算可以采用等效静力法计算。反之，则必须采用其他方法，如加速度反应谱法或时程法。该疏水阀基频高于33Hz，故采用等效静力法进行抗震计算。

4 抗震计算

1I类阀门在安全停堆地震(SSE)作用下，仅要求保证其压力边界的完整性，而对变形量无限制要求。静态分析法就是用简单的方法加上一定的保守因子进行分析，以考虑多频激励和多振型响应对线性框架型构筑物的影响。抗震分析一般只对第二类和第四类工况进行，第二类工况考虑OBE地震，第四类工况考虑SSE地震。

这里为了计算方便和结果保守起见，在进行建模计算和限值评定时，使用最严重的载荷组合（即事故工况D级载荷）和最严格的应力限值(即A级的应力限值)。因此，如果这2种工况下的应力限值得到满足，则其它工况的计算结果也必小于相应的应力限值，即设计和A、B、C级工况均可满足。经校核，在A、D级工况下应力值符合限值，详见表2。故阀门在当前工况下满足ABCD级别工况。

TH134

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1671-0711（2016）11（下）-0140-02