防火閥是在核電站正常運(yùn)行、停堆和各種事故工況下，用于火災(zāi)的隔離控制、封閉通風(fēng)管道的重要設(shè)備之一。本文采用有限元法對無風(fēng)管防火閥進(jìn)行模態(tài)分析、應(yīng)力評定以及變形校核，結(jié)果表明該設(shè)備在包絡(luò)載荷下，能滿足抗震分析的結(jié)構(gòu)完整性要求。

一、引言

　　防火閥是核電站通風(fēng)系統(tǒng)中的一個重要設(shè)備，其功能是當(dāng)核電站發(fā)生火災(zāi)時，及時切斷通風(fēng)管路，隔離發(fā)生火災(zāi)的房間，防止放射性物質(zhì)向外擴(kuò)散。國內(nèi)許多學(xué)者都對防火閥做過研究，本文結(jié)合相關(guān)抗震分析經(jīng)驗(yàn)，選取抗震等級要求Ⅱ級的某無風(fēng)管防火閥進(jìn)行抗震分析，利用Ansys有限元軟件對該防火閥進(jìn)行模態(tài)計(jì)算和應(yīng)力分析，并根據(jù)ASMEBPVC-IIIND應(yīng)力準(zhǔn)則對防火閥在地震載荷下的結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行判定。

二、有限元模型

　　此無風(fēng)管防火閥主要由閥本體、套筒組成，其中閥本體尺寸為201*201*320mm，主要由外框、軸支撐架、軸和葉片組成;套筒的尺寸為203*203*450mm。

　　采用ANSYSsolid186實(shí)體單元對無風(fēng)管防火閥進(jìn)行建模，單元總數(shù)為56014。在對閥進(jìn)行模態(tài)計(jì)算和應(yīng)力分析時，分析的是閥門葉片關(guān)閉的狀態(tài)，有限元模型如圖1所示。

　　由于此防火閥完全在墻體中，所以約束條件是將防火閥與墻體的接觸面約束住。包絡(luò)工況下的載荷包括(1)設(shè)計(jì)內(nèi)壓：無風(fēng)管防火閥關(guān)閉壓力為1000Pa，閥突然關(guān)閉時，葉片壓差2000Pa。(2)自重：閥自重方向豎直向下，加速度1g，以慣性力的形式加載。

圖1 防火閥有限元分析模型

　　(3)SSE地震載荷：X方向地震加速度：±28.665m/s2;Y方向地震加速度：±33.810m/s2;Z方向地震加速度：±31.605m/s2。(4)風(fēng)載：無風(fēng)管防火閥額定風(fēng)速v=10.2m/s，風(fēng)壓為P=v2/1630=64Pa。

三、抗震分析結(jié)果

3.1、模態(tài)分析結(jié)果

　　防火閥的前五階固有頻率計(jì)算結(jié)果見表1，防火閥完全在墻體中，其振動頻率非常大，由表3可以看出一階固有頻率大小值為1499Hz，遠(yuǎn)大于33Hz，可以采用等效靜力法分析地震的影響。

表1 防火閥的前5階振動頻率

3.2、應(yīng)力分析結(jié)果

　　防火閥在自重、設(shè)計(jì)內(nèi)壓、風(fēng)壓、SSE地震載荷等(即包絡(luò)工況)同時作用下第1主應(yīng)力的最大值1.517MPa，在閥葉片和擋板的交界面上。

　　防火閥各個部件應(yīng)力大小及安全校核如表2所示，從表中可以看出防火閥各部件應(yīng)力都小于材料的許用應(yīng)力，強(qiáng)度足夠。

　　表2 閥各主要部件最大第一主應(yīng)力及安全校核

3.3、變形分析結(jié)果

　　按照ASMEAG-1規(guī)范在A級和B級工況下，框架在任何方向上得撓度不應(yīng)該超過跨度的1/360或者3.175mm中的較小值，防火閥三個方向上的變形校核如下：

四、結(jié)論

　　通過有限元法對無風(fēng)管防火閥進(jìn)行抗震分析，可以直觀全面的了解閥的應(yīng)力及變形分布情況，本文對該無風(fēng)管防火閥的抗震分析結(jié)果表明，在包絡(luò)工況載荷下，閥能保持其結(jié)構(gòu)完整性要求，滿足了抗震等級Ⅱ級的標(biāo)準(zhǔn)。防火閥第一階固有頻率為1499Hz，大于33Hz;防火閥框架結(jié)構(gòu)、葉片、套筒、軸等的應(yīng)力值均小于材料的許用應(yīng)力，強(qiáng)度足夠;防火閥三個方向的變形都滿足ASMEAG-1規(guī)范。