科技论坛 ・３５・ 基于Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 的核级阀门地震固有频率分析 周长宝于金超 （哈电集团哈尔滨电站阀门有限公司，黑龙江哈尔滨１５００４６） 摘要：通过核级阀门设计标准ＲＣＣＭ与ＡＳＭＥ的研究，给出了阀门固有频率分析的设计要求和目的。提出了有限元分析中简化模 型的正确方法，并且基于Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ实现了阀门固有频率具体分析计算。 关键词：ＲＣＣＭ；ＡＳＭＥ；有限元；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；固有频率 １概述 在核电站中，埘于核纵的阀门要求阀门在经过地震过程中以及 地震以后．阀门要能够满足承 边界完整，也就是说不可以造成介质 的外漏 此核电站阀门的地震固有频率的分析是阀门设计过程中 必须面临的 题 多数 门制造厂家对阀门的同有频率分析并不 ．是很清晰，本义给 ＿ｒ从理论研究到Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ的具体分析过程。 ２阀门固有频率的要求和目的 水堆核岛机构设备的没计与建造规则（ＲＣＣＭ）以及ＡＳＭＥ核 电规范 标准均 求具有外仲机构的阀门应进行抗震分析。使得阀 门在地 载衙下，仍能保证承压边界的完整性。一般地震的频率是在 ０．２—３３ＨＺ。当满足阀¨的自振动频率大于３３ＨＺ的时候，我们就认为 表１各阶固有频率 ｌ阶固有频率 ２阶固有频率 ３阶固有频率 １６８ ６ＨＺ １７０．９４ＨＺ ６３８．３３ＨＺ １４３１．６ＨＺ ４阶固有频率 ５阶固有频率 ３６３ ２ ２ＨＺ 阀门是属‘ｒ刚性部件．可以应用等效静力法来计算地震载荷对阀门 强度的影响 一股 核ｆｕ阀¨的设计规范中，要求阀门在重心位置ｊ 个方向的重力加速度是４ｇ， 门的应力分析过程巾，在阀门的重心 位置施Ｊ儿１ ｉ个方向的重力加速度数值，即用等效静力法来代替地震 载荷对阀门的作川、将地震的影响作为一个载荷施加到阀门上面，同 内压、热应力以及接管反作』｝ｊ力等等共同作用，综合进行阀门强度分 析。如果阀门的自振频率小于３３ＨＺ，那么当地震发生时，阀门可能与 地震频率发生共振观象，严重损害阀门和与阀门连接的管道。因此准 确的分析ｊＩＩ阀门的 行频率足保证在地震Ｔ况下，阀门能够安全运 行的基础。 ３模型简化方法 应Ｊｌｊ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ有限元分析软件来做阀门的地震频 率分析。在做地震分析之前要对阀门的三维模型进行简化。科学合理 的简化模型直接关系到分析结果的准确性。本文以电动旋塞阀为例 进行地震 有频率分析 、在最终简化的模型小只保留阀盖和支架两个零件。由于阀体不 图１阀门模型 图２简化模型 属于外仲机构， 此简化模型巾去掉阀体零件，将电动执行机构以一 个带有质世、转动惯量和重心的一个点来代替。重心的圆点为阀体出 入口中心线与阀体－Ｉ】腔巾心线的交界处。这样做的目的是保证有限 图４阀门１阶固有频率 冗分析过程中网格划分的准确性，由于电动执行器的形状比较复杂， 图３外部载荷添加后效果 ｙ／Ｅｄｉｔ Ｍａｔｅｒｉａｌ命令，指定材料ＡＩＳＩ ３ １６ 而这些复杂的 素埘＿丁网格的划分质量影响比较大。而实际上对外 零件指定材料。执行Ａｐｐｌａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ和１０２３ Ｃａｒｔｏｎ Ｓｔｅｅｌ。４．２．２添加约束面。添加材料后， 形复杂的 素对计算小的地震频率结果并无影响。因此为了得到更 Ｓｔ执行Ｆｉｘｅｄ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ命令。４．２．３外部载荷 好的网格，从而使得频率结果精准。把电动执行器等效为一个质点。 对模型指定一个约束平面，Ｍａｓｓ（Ｒｉｇｉｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）计算模块，选择外部载荷加 将所有的』 它零件（除ｌ『阀体、闽盖、支架和电动执行器以外的零件） 的加入。选择Ｌｏａｄ／载平面Ｆａｃｅ＜１＞＠８００１３ｌ，由于外部载荷的加入没有Ｌｑ定义坐标系， 同样以一个带有质＿｝Ｊ＝｝的点来代替。 【矧此选择默认坐标系Ｇｌｏｂａｌ，按上述章节４．１．２、４．１３中提到的数据将 电动执行器和其他零件的重量，重心和转动惯量输入到外部载荷中。 使』ｉｊ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ软件来具体分析。 电动执行器和其他零件的外部载荷加载方法一样。图３展示了电动 ４．１建立简化模型 ４．２．４创建网格。执行 ４．１．１使用ｓｏｌｉｒ１ｗｏｒｋｓ软件埘阀门的每一个零件进行完整的等比 执行器和其他零件均加载在简化模型中的情况。ｅａｔ Ｍｅｓｈ命令对所建立模型进行网格划分。选择网格质量为最好 例的ｊ维建模。如ｌ刳ｌ。４．１．２将电动执行器等效为一个质点之前，记 Ｃｒ２．５分析计算。执行Ｒｕｎ命令，开始对整个模型地震固有频率 录下电动执行器的重量，重心和转动惯量数据。电动执行器重量： 状态。４． １３１．７３ｋｇ；重心坐标：ｘ＝一ｌ０．８４ｍｍ；Ｙ＝２１７．４１ｍｍ；Ｚ＝－９３．５４ｍｍ；转动 分析。４分析过程 ４＿３分析结果。分析结果如表１分别展示了阀门外伸机构一阶到 ＇ｑＰｌ－伸机构一阶固有频率。 ９３ｋ ｍｎｌ：。４．１．３将其他零件（除了阀体、阀盖、支架和电动执行器以外 五阶的固有频率。网４展示了阀Ｉ５结论 的零件）等效为一个质点之ｉｊ订。记录下它的重量．重心和转动惯量数 通过对阀门的简化模型和固有频率的分析介绍了一种正确科学 据。重量：ｌ３．０９ｋｇ；重心坐标：ｘ一０．０２ｒａｍ；Ｙ＝２０．８９ｍｍ；ｚ一０．０４ｍｍ； ｒ程师提供了详细的计算分析过程和理论依据。 转动惯蛙：Ｌｘｘ＝６３２０１．１２ ｋｇ＊ｍｍ ；Ｌｙｙ＝３９０７１．２２ ｋｇ ｍｍ ；Ｌｚｚ＝６９３０３． 的方法，为—惯量：Ｌｘｘ＝ｌ ６９７６６５Ａ ｌ ｋｇ＊ｍｍ ；Ｌｙｙ＝２２０２８２４－７２ｋ ｍｍ ；Ｌｚｚ＝ｌ ７３８９ ｌ ｌ。 参考文献 ４１ ｋｇ ｍｍ ４．１－４最终简化后的模型。由于电动执行器和其他零件均 ¨］王泽军．锅炉结果有限元分析ＩＭ］．北京：化学工业出版社，２００５． 简化为一个质点 ， 此最终的模型如下网２所示。 【２】【美］ＤＳ ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ公司．Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ高级教程ｔＭ】．北京： ４．２分析计算步骤 ２０１１． ４２ｌ添加材料．打开最终简化的模型，首先要对模型中的每一个 机械工业出版社，
