一、引言
防火阀是核电站通风系统中的一个重要设备,其功能是当核电站发生火灾时,及时切断通风管路,隔离发生火灾的房间,防止放射性物质向外扩散。国内许多学者都对防火阀做过研究,本文结合相关抗震分析经验,选取抗震等级要求Ⅱ级的某无风管防火阀进行抗震分析,利用Ansys有限元软件对该防火阀进行模态计算和应力分析,并根据ASMEBPVC-IIIND应力准则对防火阀在地震载荷下的结构完整性进行判定。
二、有限元模型
此无风管防火阀主要由阀本体、套筒组成,其中阀本体尺寸为201*201*320mm,主要由外框、轴支撑架、轴和叶片组成;套筒的尺寸为203*203*450mm。
采用ANSYSsolid186实体单元对无风管防火阀进行建模,单元总数为56014。在对阀进行模态计算和应力分析时,分析的是阀门叶片关闭的状态,有限元模型如图1所示。
由于此防火阀完全在墙体中,所以约束条件是将防火阀与墙体的接触面约束住。包络工况下的载荷包括(1)设计内压:无风管防火阀关闭压力为1000Pa,阀突然关闭时,叶片压差2000Pa。(2)自重:阀自重方向竖直向下,加速度1g,以惯性力的形式加载。
图1 防火阀有限元分析模型
(3)SSE地震载荷: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)风载:无风管防火阀额定风速v=10.2m/s,风压为P=v2/1630=64Pa。
三、抗震分析结果
3.1 模态分析结果
防火阀的前五阶固有频率计算结果见表1,防火阀完全在墙体中,其振动频率非常大,由表3可以看出一阶固有频率大小值为1499Hz,远大于33Hz,可以采用等效静力法分析地震的影响。
表1 防火阀的前5阶振动频率
3.2 应力分析结果
防火阀在自重、设计内压、风压、SSE地震载荷等(即包络工况)同时作用下第1主应力的最大值1.517MPa,在阀叶片和挡板的交界面上。
防火阀各个部件应力大小及安全校核如表2所示,从表中可以看出防火阀各部件应力都小于材料的许用应力,强度足够。
表2 阀各主要部件最大第一主应力及安全校核
3.3 变形分析结果
按照ASMEAG-1规范在A级和B级工况下,框架在任何方向上得挠度不应该超过跨度的1/360或者3.175mm中的较小值,防火阀三个方向上的变形校核如下:
四、结论
通过有限元法对无风管防火阀进行抗震分析,可以直观全面的了解阀的应力及变形分布情况,本文对该无风管防火阀的抗震分析结果表明,在包络工况载荷下,阀能保持其结构完整性要求,满足了抗震等级Ⅱ级的标准。防火阀第一阶固有频率为1499Hz,大于33Hz;防火阀框架结构、叶片、套筒、轴等的应力值均小于材料的许用应力,强度足够;防火阀三个方向的变形都满足ASMEAG-1规范。
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