浮子流量计抗震分析与评定

基于ANSYS workbench 2020 R2，建立浮子流量计三维模型，通过等效静力法，对在地震、自重、内压等多种载荷组合作用下的核电厂浮子流量计进行抗震性能分析，并根据ASME规范和技术规格书的要求对计算结果进行评定。结果表明，应力和变形均在允许限值内，浮子流量计结构设计满足ASME规范和相应技术规格书的要求。

浮子流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表，在核电厂监控系统中具有举足轻重的作用[1]。浮子流量计作为为核安全NC 级抗震II 类设备，为了确保其运行过程中的安全性，需要在设计与调试过程中对其进行抗震分析。

目前，常用的抗震分析方法主要有三种分别为：等效静力法、谱分析法和时程分析法[2] [3] [4] [5]。

其中时程分析法的计算结果虽然较为精确，但是该方法不确定因素多，计算较为复杂且计算时间较长， 因而较少采用。等效静力法和谱分析法的计算方法相对较为简单，同时也能够较为准确地反映结构的响应特征[6]。一般对设备要求计算周期较短且裕度较大时，采用等效静力法，当要求计算结果较为精确或者遇到精力法所得应力结果不能满足要求时，采用谱分析方法[7]。

本文以浮子流量计为例， 采用等效静力法， 利用ANSYS workbench 2020 R2 对流量计进行应力分析， 计算地震工况下流量计主要部件的应力及变形分布， 依据国家标准《核电厂抗震设计规范》[8]和ASME [9]的相关要求对该流量计结构进行完整性的评价。

2. 结构与设计参数 浮子流量计为核安全NC 级抗震II 类设备， 测量介质为水， 设计温度25℃~50℃， 设计压力为1.05 MPa， 腐蚀裕量为0.2 mm。其结构如图1 所示，由测量锥管、法兰、指示器及内部浮子结构构成，指示器与测量管通过两个螺栓连接，在室温条件下材料的屈服强度及抗拉强度由表1 所示，且在工作环境温度下(25℃~50℃)材料的参数与室温相同。

Figure 1. Schematic diagram of flowmeter structure 图1. 流量计结构示意图