核电站用轴流风机抗震性能分析

关键词： 轴流 核电厂 风机 抗震

LSS系统轴流风机将用于某核电厂工程, 设计要求风机和支撑构件在给定的在地震力和其它规定的力组合作用下应能保持结构的完整性。为此, 需要对该设备的结构抗震性能进行计算分析, 目的是验证该设备的抗震安全性。

1. LSS系统轴流风机结构描述

LSS系统轴流风机结构, 如图1所示, 主要由风机安装支架、风风机机壳体、风机叶轮、电机、和电机支架组成, 总设计质量约为111111555kkgg。。风风机机安安装装支支架架高高448800mmmm, , 宽宽448800mmmm, , 安安装装支支架架由由88号号槽槽钢钢焊焊接接而而而成成成。。安安装装支支架架通通过过44个个MM1166的的88..88级级螺螺栓栓分分别别用用44个个压压块块固固定定在在地地基基上, 风机与安装支架通过2个M12的8.8级螺栓连接。各部件材料均为Q235B。

2.结构简化及计算模型

安装支架、加强管、风机壳、叶片、叶轮等部件均采用壳单元 (SHELL63) 模拟;风机壳与安装支架间采用耦合约束。风机有限元模型见图2.1。

3. 模态分析

计算轴流风机结构前3阶固有频率见表3.1, 其中第1阶模态X向参与质量最大, 第2阶模态Y向参与质量最大, 第3阶模态Z向参与质量最大。

4. 荷载、荷载组合及边界条件

4.1 重量荷载 (DW)

LSS系统轴流风机结构及其附属连接件自重, 重力加速度取值g=9.81m/s2。

4.2 压力 (Po)

风机运行时的设计风机静压为530Pa;

4.3 地震荷载 (OBE、SSE)

OBE为厂区运行安全地震动, SSE为厂区极限安全地震动。地震荷载由厂区地震输入设计楼层反应谱作用到机组结构上计算得到。风机安装高度为5米, 根据厂区提供的轴流风机安装楼面地震反应谱, 地震作用取电气和连接厂房标高为5.00米楼面反应谱进行计算。OBE地震阻尼比取0.02, SSE地震阻尼比取0.04。地震楼板加速度谱见表4.1。

4.4 荷载组合

考虑的荷载组合如下:

(1) (B级使用荷载) 荷载组合为:P+DW±OBE;

(2) (C级使用荷载) 荷载组合为:P+DW±SSE;

4.5 边界条件

风机安装支架用4个M16螺栓固定在安装面上, 边界条件在相应的节点约束。

5. 整体结构地震作用响应计算结果

B级使用荷载作用下, 风机结构的应力云图见图5.1, 安装支架的应力云图见图5.2;C级使用荷载作用下, 风机结构的应力云图见图5.3, 安装支架的应力云图见图5.4。

6.结构抗震性能评定

根据NB/T 20038-2011规范规定, LSS系统轴流风机结构采用4.3.2节板壳型部件及其支承件设计验证的要求评定, 表6.1给出了评定准则及限值。

根据表6.1给出的评定准则及限值, 评定结果列于表6.2~表6.3。LSS系统轴流风机各主要部件的强度满足规范要求。

7. 结论

在考虑自重、压力和地震载荷作用下, 对LSS系统轴流风机进行了力学计算与抗震分析。根据本报告计算结果, 该轴流风机结构各主要部件的应力均满足规范要求, 结构在抗震安全性方面满足国家标准《核电厂抗震设计规范》、行业规范《核设施通风空调和气体处理系统机械设备设计规范》和ASME规范的相关要求。

摘要：核电站用轴流风机是核电厂工程重要设施。因此, 必须在设计过程中考虑轴流风机在地震作用下的工作性能, 从而保证轴流风机在各载荷工况下的完整性与安全性。通过对轴流风机有限元模型的计算和谱分析验证轴流风机在各工况下的抗震安全性, 能满足我国核电设施的相关规范要求。

关键词：轴流风机,有限元分析,抗震分析

参考文献

[1] 中国国家标准, 核电厂抗震设计规范 (GB 50267-97) , 1997年.

[2] 中华人民共和国能源行业标准, 核空气和气体处理规范-设计和制造通用要求 (NB/T 20038-2011) , 2011年.

[3] 美国国家标准, ASME Ⅲ, 核动力装置设备建造准则.1995年.