csmirt20-045核動力院軸流風機抗震分析與評定和應力計算力學

稿件編號：CSMIRT20-，，李， 磊，：本文利用ANSYS程序，采用譜分析方法，對在、自重、內壓等多種載荷組合作用RCC-M《壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則》對計算結果進行了應力和變形評定。結果：軸流風機；抗震分析；應力評號： 文章標志碼 文章編號 ysisandqualificationofaxialflowLIQi,LiPeng-zhou,LIXi-hua,SUNLei,Liulin-:Inthispaper，theseismicperformanceysisofaxialflowfaniscarriedoutunderthecombinedloads，includingdeadweight，earthquakeloads，internalpressurebyusingspectrumysismethodinANSYS.Thestressqualificationisalsocarriedoutbasedon“CodeonNuclearAirandGasTreatment.”.and“DesignandConstructionRulesforMechanicalComponentsofPWRNuclearIslands”.Theresultsshowthatthestressoffanmeetstheseismicrequirementsforequipment，andthedeformationofstructureiswithintheallowablelimits.:axialflowfan；seismicysis；stress引風機是核電站輸送氣體的機械設備，主要用于對各類廠房通風、凈化及空調系統(tǒng)的送風、排風和空氣循環(huán)。核通風不僅創(chuàng)造舒適的工作環(huán)境，保障工作人員的輻射防護要

計算模型結構描述 等部分組成。整體設備外形尺寸為：1009mm×536mm×950mm 法蘭和出口法蘭上，有限元模型見圖1，Y為垂直向。圖 軸流風機有限元模Fig1 Limitedelementmodelofaxialflow邊界條件風機落地安裝，風機中心軸線距地面

.55m，支座通過四個M12的地腳螺栓與地板連接在模型螺栓位置相應節(jié)點處做簡支約束。材料特性電機筒、支座、靜子的材料均為Q235B，ZL10445#鋼，基該溫度下材料的物理性能和力學1。2載荷條件自重入重力加速g=9.81m/s2而施加。內壓軸流風機的靜壓為350Pa載荷DW307房間，最大標高為+8.5m，該標置處的SSE/2樓層反應譜見表2。本文采用表中阻尼比為2%的加速度譜作為運行基準（SSE/2）載荷，采用2%的加速度譜的2倍作為安全停堆（SSE）載荷。表2后備柴油廠房DW307房間SSE/2樓板響應譜譜1Table1Physicalpropertyparameterof材μ-8.8--頻率頻率125677載荷組合根據ASME-AG-1《核氣體處理規(guī)范》，軸流風機在各工況下的載荷組合方式見表3。3Table3Loadstatusonworking 載荷組P P評定準則應力評定準則根據ASME-AG-11A類板殼型設5。表中σ1表示一次薄膜應力，不包括不連力，不包括不連續(xù)和應力集中；S表示材

應力值，Su表示材料的最小極限抗拉強度。表4 Table4Loadstatusandstress使 一次薄膜應力 一次薄膜加彎曲應 由于風機抗震類別為1A類，按規(guī)范，D級使用等級下的應力限值取同B級使用等級，D級的載荷組合A、B、C級使用等級，而A級使用等級的應力限值最小，因此對于A、B、C、D級使用等級，分析計算時只考慮D級，采用A級使用等級的應力限變形評定準則設備在各使用等級下的允許變形5。表中，dmax為設備不會喪失其預定功能所能55Table5Loadstatusanddeformation 變形限 模態(tài)分析結果利用ANSYS有限元軟件對風機整體結構的固有特性進行了計算，采用分塊Lanczos方法計算了風機前50階固有頻率和振型向量。風機x、y、z3個方向參與質量最大的固有頻率值列于表6。表 軸流風機固有頻1z3x1z3xy抗震性能分析應力強度校核從模態(tài)分析的結果可知，風機的一階頻率為15.86Hz，因此，采用譜分析法計算結構在載荷作用下的應力，并與自重和內壓的結果進行組合，最后得到結構在、內D級使用等級載荷下，風機主要部件最大應力計算結果及評定見表7，應力分布見2-4。7部限限部限限

圖2 D級載荷工況下靜子組件薄膜加彎曲應Fig.2σm+σbofstatorassemblyforclassBloadstatus3D級載荷工況下電機筒組件薄膜加彎曲Fig.3σm+σbofthemotorcylinderassemblyforclassBloadstatus 最大變（mm）限值D 5.3P=3kwn=2880r/min。則扭矩T=9.55

9.954D級載荷工況下支座組件薄膜加彎曲應Fig.4σm+σbofsupportassemblyforclassDloadstatus

軸的截面直徑為28mm，在額定電壓和頻率下，最大扭矩應至少為額定扭矩的2.0葉輪變形校核采用D級使用等級荷對葉輪變形

軸在最大扭矩下的剪應力2.0T5.96W與其他載荷組合后應力為：

2

16.46MPaFig.5DeformationofimpellorforclassDload8Table8

風機支座屈曲分析采用D級工況載荷對風機進行屈曲計55.59，大于屈曲限值，因此，該風機的屈曲滿足規(guī)范要求。基礎螺栓評定支座與地面通4M12的螺栓連接，8.89D級9Table8thes