主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱安裝螺栓抗震分析

李 琦 于 金 劉良偉

（中廣核研究院有限公司北京分公司，中國(guó) 北京 100086）

0 引言

隨著核電事業(yè)的蓬勃發(fā)展，核電站的設(shè)計(jì)和建造對(duì)抗震設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高。核電站抗震設(shè)計(jì)的目的是保證設(shè)備在發(fā)生安全停堆地震（SSE）時(shí)能夠保持結(jié)構(gòu)的完整性和可運(yùn)行性，執(zhí)行其安全級(jí)功能。

主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱安裝在現(xiàn)場(chǎng)K3級(jí)機(jī)柜內(nèi)，該機(jī)箱已經(jīng)通過(guò)抗震試驗(yàn)鑒定。本文根據(jù)電站現(xiàn)場(chǎng)使用狀況對(duì)主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱的安裝螺栓進(jìn)行抗震分析。根據(jù)實(shí)際情況對(duì)安裝主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱的機(jī)柜設(shè)備進(jìn)行三維建模，使用有限元分析軟件對(duì)模型進(jìn)行模態(tài)分析和響應(yīng)譜分析，得到在地震條件作用下主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱安裝螺栓及固定結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值。

以主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱安裝螺栓及固定結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值和RCC-M規(guī)定的許用應(yīng)力值進(jìn)行對(duì)比分析。確保主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱安裝螺栓可以在要求的地震條件下安全可靠的工作。

1 計(jì)算模型的建立

主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱安裝在現(xiàn)場(chǎng)K3級(jí)機(jī)柜內(nèi)。根據(jù)電廠提供的參數(shù)，該K3級(jí)機(jī)柜的尺寸為寬X高X深=600mmX2100mmX600mm；重量250KG，采用整體焊接的結(jié)構(gòu)型式。對(duì)機(jī)柜設(shè)備進(jìn)行等比例建模，主體結(jié)構(gòu)使用3mm鋼板焊接組成，材料使用Q235B，底座四周使用角鋼加強(qiáng)。

為了減少計(jì)算量，使用等質(zhì)量的配重模擬機(jī)柜上面的5層主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱和機(jī)柜反面的繼電器、斷路器等設(shè)備負(fù)載。

2 固定結(jié)構(gòu)和安裝螺栓的許用應(yīng)力要求

2.1 固定結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力要求

機(jī)柜設(shè)備的主體材料為Q235B，在 20℃時(shí)，材料的力學(xué)性能參數(shù)：

楊氏模量 E=1.98x105MPa

泊松比 =0.3

抗拉強(qiáng)度 Su=375MPa

屈服強(qiáng)度 Sy=235MPa

根據(jù)RCC-M SUBSECTION ZIII 310，得到基本許用應(yīng)力值：

S=Min(2Sy/3，Su/4)=94MPa

2.2 安裝螺栓的許用應(yīng)力要求

主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱使用4個(gè)M6*16的安裝螺栓與機(jī)柜設(shè)備連接，螺栓等級(jí)為8.8級(jí)。8.8級(jí)螺栓的參數(shù)：

抗拉強(qiáng)度Su=800 MPa

屈服強(qiáng)度Sy=640 MPa

根據(jù)RCC-M SUBSECTION ZIII 320，對(duì)于鐵素體螺栓，得到基本許用應(yīng)力值。

S=Min(Sy/4，Su/5)=160MPa

3 主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱安裝螺栓的抗震分析

3.1 地震反應(yīng)譜

為保證分析結(jié)果的通用型，使用RCC-E推薦的適用于所有電站的通用反應(yīng)譜加速度，阻尼比取0.05。

3.2 模態(tài)分析

對(duì)建立好的模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分?？紤]到裝配對(duì)設(shè)備抗震性能的影響，對(duì)機(jī)箱與機(jī)柜裝配螺栓部位進(jìn)行局部細(xì)化。網(wǎng)絡(luò)劃分完成后，對(duì)模型進(jìn)行模態(tài)分析，以確定其固有頻率和振型。

3.3 響應(yīng)譜分析

對(duì)模態(tài)分析完成后的模型進(jìn)行響應(yīng)譜分析，代入3.1章節(jié)中的通用反應(yīng)譜加速度。阻尼比取0.05。

通過(guò)分析結(jié)果可知，機(jī)柜設(shè)備上固定結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值出現(xiàn)在前排最頂端的安裝螺栓附近。S1max=37.1Mpa。主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱安裝螺栓的最大應(yīng)力值出現(xiàn)在第二排機(jī)箱的安裝螺栓上，S2max=62.9Mpa。

3.4 分析結(jié)論

根據(jù)響應(yīng)譜分析的計(jì)算結(jié)果。在給定地震條件的作用下，機(jī)柜固定結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值S1max=37.1Mpa。遠(yuǎn)小于設(shè)備材料的基本許用應(yīng)力值94Mpa。主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱安裝螺栓的最大應(yīng)力值S2max=62.9Mpa，遠(yuǎn)小于安裝螺栓的許用應(yīng)力值160Mpa。

主泵轉(zhuǎn)速機(jī)箱安裝螺栓可以在要求的地震條件下安全可靠的工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

核電站設(shè)備結(jié)構(gòu)的抗震響應(yīng)可以通過(guò)計(jì)算分析得到，使用分析的方法可以對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行深入的研究，得到結(jié)構(gòu)上任意位置的地震響應(yīng)和應(yīng)力狀態(tài)分布，可以在設(shè)計(jì)階段，對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行評(píng)定和優(yōu)化。