主泵转速机箱安装螺栓抗震分析

李 琦 于 金 刘良伟

（中广核研究院有限公司北京分公司，中国 北京 100086）

0 引言

随着核电事业的蓬勃发展，核电站的设计和建造对抗震设计的要求也越来越高。核电站抗震设计的目的是保证设备在发生安全停堆地震（SSE）时能够保持结构的完整性和可运行性，执行其安全级功能。

主泵转速机箱安装在现场K3级机柜内，该机箱已经通过抗震试验鉴定。本文根据电站现场使用状况对主泵转速机箱的安装螺栓进行抗震分析。根据实际情况对安装主泵转速机箱的机柜设备进行三维建模，使用有限元分析软件对模型进行模态分析和响应谱分析，得到在地震条件作用下主泵转速机箱安装螺栓及固定结构的最大应力值。

以主泵转速机箱安装螺栓及固定结构的最大应力值和RCC-M规定的许用应力值进行对比分析。确保主泵转速机箱安装螺栓可以在要求的地震条件下安全可靠的工作。

1 计算模型的建立

主泵转速机箱安装在现场K3级机柜内。根据电厂提供的参数，该K3级机柜的尺寸为宽X高X深=600mmX2100mmX600mm；重量250KG，采用整体焊接的结构型式。对机柜设备进行等比例建模，主体结构使用3mm钢板焊接组成，材料使用Q235B，底座四周使用角钢加强。

为了减少计算量，使用等质量的配重模拟机柜上面的5层主泵转速机箱和机柜反面的继电器、断路器等设备负载。

2 固定结构和安装螺栓的许用应力要求

2.1 固定结构的许用应力要求

机柜设备的主体材料为Q235B，在 20℃时，材料的力学性能参数：

杨氏模量 E=1.98x105MPa

泊松比 =0.3

抗拉强度 Su=375MPa

屈服强度 Sy=235MPa

根据RCC-M SUBSECTION ZIII 310，得到基本许用应力值：

S=Min(2Sy/3，Su/4)=94MPa

2.2 安装螺栓的许用应力要求

主泵转速机箱使用4个M6*16的安装螺栓与机柜设备连接，螺栓等级为8.8级。8.8级螺栓的参数：

抗拉强度Su=800 MPa

屈服强度Sy=640 MPa

根据RCC-M SUBSECTION ZIII 320，对于铁素体螺栓，得到基本许用应力值。

S=Min(Sy/4，Su/5)=160MPa

3 主泵转速机箱安装螺栓的抗震分析

3.1 地震反应谱

为保证分析结果的通用型，使用RCC-E推荐的适用于所有电站的通用反应谱加速度，阻尼比取0.05。

3.2 模态分析

对建立好的模型进行网络划分。考虑到装配对设备抗震性能的影响，对机箱与机柜装配螺栓部位进行局部细化。网络划分完成后，对模型进行模态分析，以确定其固有频率和振型。

3.3 响应谱分析

对模态分析完成后的模型进行响应谱分析，代入3.1章节中的通用反应谱加速度。阻尼比取0.05。

通过分析结果可知，机柜设备上固定结构的最大应力值出现在前排最顶端的安装螺栓附近。S1max=37.1Mpa。主泵转速机箱安装螺栓的最大应力值出现在第二排机箱的安装螺栓上，S2max=62.9Mpa。

3.4 分析结论

根据响应谱分析的计算结果。在给定地震条件的作用下，机柜固定结构的最大应力值S1max=37.1Mpa。远小于设备材料的基本许用应力值94Mpa。主泵转速机箱安装螺栓的最大应力值S2max=62.9Mpa，远小于安装螺栓的许用应力值160Mpa。

主泵转速机箱安装螺栓可以在要求的地震条件下安全可靠的工作。

4 结束语

核电站设备结构的抗震响应可以通过计算分析得到，使用分析的方法可以对设备结构的动态特性进行深入的研究，得到结构上任意位置的地震响应和应力状态分布，可以在设计阶段，对设备的结构形式进行评定和优化。