csmirt20-045核动力院轴流风机抗震分析与评定和应力计算力学

稿件编号：CSMIRT20-，，李， 磊，：本文利用ANSYS程序，采用谱分析方法，对在、自重、内压等多种载荷组合作用RCC-M《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》对计算结果进行了应力和变形评定。结果：轴流风机；抗震分析；应力评号： 文章标志码 文章编号 ysisandqualificationofaxialflowLIQi,LiPeng-zhou,LIXi-hua,SUNLei,Liulin-:Inthispaper，theseismicperformanceysisofaxialflowfaniscarriedoutunderthecombinedloads，includingdeadweight，earthquakeloads，internalpressurebyusingspectrumysismethodinANSYS.Thestressqualificationisalsocarriedoutbasedon“CodeonNuclearAirandGasTreatment.”.and“DesignandConstructionRulesforMechanicalComponentsofPWRNuclearIslands”.Theresultsshowthatthestressoffanmeetstheseismicrequirementsforequipment，andthedeformationofstructureiswithintheallowablelimits.:axialflowfan；seismicysis；stress引风机是核电站输送气体的机械设备，主要用于对各类厂房通风、净化及空调系统的送风、排风和空气循环。核通风不仅创造舒适的工作环境，保障工作人员的辐射防护要

计算模型结构描述 等部分组成。整体设备外形尺寸为：1009mm×536mm×950mm 法兰和出口法兰上，有限元模型见图1，Y为垂直向。图 轴流风机有限元模Fig1 Limitedelementmodelofaxialflow边界条件风机落地安装，风机中心轴线距地面

.55m，支座通过四个M12的地脚螺栓与地板连接在模型螺栓位置相应节点处做简支约束。材料特性电机筒、支座、静子的材料均为Q235B，ZL10445#钢，基该温度下材料的物理性能和力学1。2载荷条件自重入重力加速g=9.81m/s2而施加。内压轴流风机的静压为350Pa载荷DW307房间，最大标高为+8.5m，该标置处的SSE/2楼层反应谱见表2。本文采用表中阻尼比为2%的加速度谱作为运行基准（SSE/2）载荷，采用2%的加速度谱的2倍作为安全停堆（SSE）载荷。表2后备柴油厂房DW307房间SSE/2楼板响应谱谱1Table1Physicalpropertyparameterof材μ-8.8--频率频率125677载荷组合根据ASME-AG-1《核气体处理规范》，轴流风机在各工况下的载荷组合方式见表3。3Table3Loadstatusonworking 载荷组P P评定准则应力评定准则根据ASME-AG-11A类板壳型设5。表中σ1表示一次薄膜应力，不包括不连力，不包括不连续和应力集中；S表示材

应力值，Su表示材料的最小极限抗拉强度。表4 Table4Loadstatusandstress使 一次薄膜应力 一次薄膜加弯曲应 由于风机抗震类别为1A类，按规范，D级使用等级下的应力限值取同B级使用等级，D级的载荷组合A、B、C级使用等级，而A级使用等级的应力限值最小，因此对于A、B、C、D级使用等级，分析计算时只考虑D级，采用A级使用等级的应力限变形评定准则设备在各使用等级下的允许变形5。表中，dmax为设备不会丧失其预定功能所能55Table5Loadstatusanddeformation 变形限 模态分析结果利用ANSYS有限元软件对风机整体结构的固有特性进行了计算，采用分块Lanczos方法计算了风机前50阶固有频率和振型向量。风机x、y、z3个方向参与质量最大的固有频率值列于表6。表 轴流风机固有频1z3x1z3xy抗震性能分析应力强度校核从模态分析的结果可知，风机的一阶频率为15.86Hz，因此，采用谱分析法计算结构在载荷作用下的应力，并与自重和内压的结果进行组合，最后得到结构在、内D级使用等级载荷下，风机主要部件最大应力计算结果及评定见表7，应力分布见2-4。7部限限部限限

图2 D级载荷工况下静子组件薄膜加弯曲应Fig.2σm+σbofstatorassemblyforclassBloadstatus3D级载荷工况下电机筒组件薄膜加弯曲Fig.3σm+σbofthemotorcylinderassemblyforclassBloadstatus 最大变（mm）限值D 5.3P=3kwn=2880r/min。则扭矩T=9.55

9.954D级载荷工况下支座组件薄膜加弯曲应Fig.4σm+σbofsupportassemblyforclassDloadstatus

轴的截面直径为28mm，在额定电压和频率下，最大扭矩应至少为额定扭矩的2.0叶轮变形校核采用D级使用等级荷对叶轮变形

轴在最大扭矩下的剪应力2.0T5.96W与其他载荷组合后应力为：

2

16.46MPaFig.5DeformationofimpellorforclassDload8Table8

风机支座屈曲分析采用D级工况载荷对风机进行屈曲计55.59，大于屈曲限值，因此，该风机的屈曲满足规范要求。基础螺栓评定支座与地面通4M12的螺栓连接，8.89D级9Table8thes