防火閥是在核電站正常運行、停堆和各種事故工況下，用于火災的隔離控制、封閉通風管道的重要設(shè)備之一。本文采用有限元法對無風管防火閥進行模態(tài)分析、應力評定以及變形校核，結(jié)果表明該設(shè)備在包絡載荷下，能滿足抗震分析的結(jié)構(gòu)完整性要求。

一、引言

　　防火閥是核電站通風系統(tǒng)中的一個重要設(shè)備，其功能是當核電站發(fā)生火災時，及時切斷通風管路，隔離發(fā)生火災的房間，防止放射性物質(zhì)向外擴散。國內(nèi)許多學者都對防火閥做過研究，本文結(jié)合相關(guān)抗震分析經(jīng)驗，選取抗震等級要求Ⅱ級的某無風管防火閥進行抗震分析，利用Ansys有限元軟件對該防火閥進行模態(tài)計算和應力分析，并根據(jù)ASMEBPVC-IIIND應力準則對防火閥在地震載荷下的結(jié)構(gòu)完整性進行判定。

二、有限元模型

　　此無風管防火閥主要由閥本體、套筒組成，其中閥本體尺寸為201*201*320mm，主要由外框、軸支撐架、軸和葉片組成;套筒的尺寸為203*203*450mm。

　　采用ANSYSsolid186實體單元對無風管防火閥進行建模，單元總數(shù)為56014。在對閥進行模態(tài)計算和應力分析時，分析的是閥門葉片關(guān)閉的狀態(tài)，有限元模型如圖1所示。

　　由于此防火閥完全在墻體中，所以約束條件是將防火閥與墻體的接觸面約束住。包絡工況下的載荷包括(1)設(shè)計內(nèi)壓：無風管防火閥關(guān)閉壓力為1000Pa，閥突然關(guān)閉時，葉片壓差2000Pa。(2)自重：閥自重方向豎直向下，加速度1g，以慣性力的形式加載。

圖1 防火閥有限元分析模型

　　(3)SSE地震載荷：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)風載：無風管防火閥額定風速v=10.2m/s，風壓為P=v2/1630=64Pa。

三、抗震分析結(jié)果

3.1、模態(tài)分析結(jié)果

　　防火閥的前五階固有頻率計算結(jié)果見表1，防火閥完全在墻體中，其振動頻率非常大，由表3可以看出一階固有頻率大小值為1499Hz，遠大于33Hz，可以采用等效靜力法分析地震的影響。

表1 防火閥的前5階振動頻率

3.2、應力分析結(jié)果

　　防火閥在自重、設(shè)計內(nèi)壓、風壓、SSE地震載荷等(即包絡工況)同時作用下第1主應力的最大值1.517MPa，在閥葉片和擋板的交界面上。

　　防火閥各個部件應力大小及安全校核如表2所示，從表中可以看出防火閥各部件應力都小于材料的許用應力，強度足夠。

　　表2 閥各主要部件最大第一主應力及安全校核

3.3、變形分析結(jié)果

　　按照ASMEAG-1規(guī)范在A級和B級工況下，框架在任何方向上得撓度不應該超過跨度的1/360或者3.175mm中的較小值，防火閥三個方向上的變形校核如下：

四、結(jié)論

　　通過有限元法對無風管防火閥進行抗震分析，可以直觀全面的了解閥的應力及變形分布情況，本文對該無風管防火閥的抗震分析結(jié)果表明，在包絡工況載荷下，閥能保持其結(jié)構(gòu)完整性要求，滿足了抗震等級Ⅱ級的標準。防火閥第一階固有頻率為1499Hz，大于33Hz;防火閥框架結(jié)構(gòu)、葉片、套筒、軸等的應力值均小于材料的許用應力，強度足夠;防火閥三個方向的變形都滿足ASMEAG-1規(guī)范。