某型号冷水机组板壳型零部件抗震性能计算

某型号冷水机组板壳型零部件抗震性能计算

周堂，顾凯悦，黄翔，李远平

（珠海格力电器股份有限公司，广东 珠海 519070）

摘要：本文以某型号冷水机组为实例，在地震水平加速度0.30g的地震载荷下，采用拟静力法，通过有限元模型，对设备板壳型零部件抗震性能计算、分析，以《ASME核电规范与标准 BPVC-Ⅲ 第1册 NF分卷》为评价标准，得出某型号冷水机组板壳型零部件抗震性能满足抗震设备的强度和稳定性要求。

关键词：冷水机组；抗震；有限元；拟静力法

Calculation of Seismic Performance of Shell Type Components of aCertain Type of Chiller Unit

ZhouTang ，GuKaiyue ，HuangXiang，LiYuanping

（Gree Electric Appliances,Inc. of Zhuhai Zhuhai Guangdong 519070）Abstract:This article takes a certain type of water chiller as an example, and uses the pseudo static method to calculate and analyze the seismic performance of equipment shell and plate components under seismic load with a horizontal acceleration of 0.30g. The evaluation standard is ASME BPVC-III Set Section III Rules for Construction of Nuclear Power Plant Component, It is concluded that the seismic performance of a certain type of chiller shell type component meets the strength and stability requirements of seismic equipment.

Keywords: Water chiller unit; Earthquake resistance; Finite element analysis; Pseudo static method

1. 概述

本文对某型号冷水机组采用有限元模型，计算分析设备板壳型零部件的地震荷载效应。按照地震水平加速度按0.30g进行拟静力方法地震作用计算，荷载组合包括了静力的自重和地震荷载。采用拟静力方法，在A级使用限制时，计算应力最大比值为电控箱（大）支架的0.42，小于1.0，板壳型支承件满足《ASME核电规范与标准 BPVC-Ⅲ 第1册 NF分卷》的要求。综上所述，某型号冷水机组板壳型零部件抗震性能满足抗震设备的强度和稳定性要求。

2. 结构描述

2.1 概述

本设备主要包括冷凝器、蒸发器、压缩机、闪发器、电控箱、油路等零部件。设备总装图详见图1。

设备主体零部件采用Q345R钢材制造，壳内支板、电控箱等零部件采用Q235制造，压缩机部分主体零件材质为HT250。

图1 某型号冷水机组总装图

2.2 材料和截面特性

材料Q345R和Q235参考规范[3]，根据材料成分类似原则，Q345R采用ASME的材料A-737 Gr. B的参数；Q235采用ASME的材料SA-283 Gr. C的参数。材料参数见表1。

在后面的计算表格中，对各种材料构件都采用的是容许应力值。

表 1 模型采用的材料

注：S为许用应力值，根据参考文献[5]第II卷D篇第1分篇查得，许用应力S最大值取Su/3.5和(2/3)Sy的较小值。

表 2 模型采用的断面

2.3 阻尼

依据规范[1]，计算过程中采用的阻尼比为0.02。

2.4 边界条件

在主支座底脚板位置处与地面固结。

图2 结构底部约束

图2中某型号冷水机组安装支架底板约束X、Y、Z向的平动自由度和旋转自由度。

3. 荷载以及荷载组合

3.1 地震荷载

按地震水平加速度为0.30g，采用拟静力方法进行设备组件的地震作用计算。设备组件应能承受的水平设计地震力Fp，作用于设备组件的重心，其计算公式如下：

（3-1）

式中，Fp为水平设计地震力；Wp为设备重量；G为设计地震加速度，见参考文献[3]。依据规范[1]，设备地震力还应考虑多频效应系数η=1.5，对于单自由度系统可取η=1。

3.2荷载组合

根据规范[1]，地震作用效应与其他荷载效应组合应按下式计算：

（3-2）

其中：―重力荷载分项系数，宜采用1.2，当重力荷载效应对构件承载能力有利时，可采用1.0；－重力荷载代表值效应；－地震作用标准值效应，应同时计入水平和竖向地震作用。

4. 模型分析结果

4.1 有限元建模

对设备建立有限元模型，并进行网格划分，计算模型中共32865个节点，42612个单元，其中梁单元 673个，板单元27720个，实体单元14219个。冷凝器及蒸发器主管道、内部隔板、梁端封堵板、中间支撑板和其他主要部件的支撑板均采用板单元模拟。压缩机、电控箱（大）、电控箱（小）等采用实体单元模拟。闪发器、油泵、管道零部件等均采用梁单元模拟。

4.2 结构位移变形结果

依据规范[1]，A级作用效应组合采用使用荷载效应与运行安全地震动引起的地震作用相叠加。

采用拟静力方法时， A级使用限制条件下，设备整体变形位移结果见图3。

图3 A级使用限制下设备变形位移图

4.3 板壳型支承件抗震校核

根据《ASME核电规范与标准 BPVC-Ⅲ 第1册 NF分卷》板壳型支承件的定义：板壳型部件支承件为由板和筒体制成的支承件，一般承受双向应力。

采用拟静力法计算，板壳型支承件应力校核情况见表3。从表中可见，在A级使用限制时，计算应力最大比值为电控箱（大）支架的0.42，板壳型支承件的抗震可满足要求。

表3 A级使用限制下板壳型支承件评定表(拟静力方法)

(a)薄膜应力 (b)薄膜应力+弯曲应力

图4 主支座竖板最大应力图

(a)薄膜应力 (b)薄膜应力+弯曲应力

图5电控箱（大）支架最大应力图

5 结论

在本文中，采用有限元模型分析了某型号冷水机组设备的抗震性能，计算可得：在对应于设备安装楼层地震水平设计加速度0.30g的地震作用下，采用拟静力方法进行校核，计算地震作用组合时板壳型支承件的应力情况，计算表明，在A级使用限制时，计算应力最大比值为电控箱（大）支架的0.42，小于1.0，支承件的抗震可满足《ASME核电规范与标准 BPVC-Ⅲ 第1册 NF分卷》板壳型支承件的要求，各个构件能保证应力在安全范围内。

综上所述，某型号冷水机组板壳型零部件抗震性能满足抗震设备的强度和稳定性要求。

参考文献

[1] GB 50267-97，核电厂抗震设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，1997.

[2] HAF·J0053，核设备抗震鉴定试验指南[S]， 北京:中国建筑工业出版社，1996。

[3] ASME锅炉及压力容器规范Ⅱ材料D篇 性能(公制)2007版，北京:中国石化出版社，2008。

[4] GB/T 3280-2007，不锈钢冷轧钢板和钢带[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2007.

[5] GB/T 20878-2007，不锈钢和耐热钢牌号及化学成分[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2007.

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