液位变送器的抗震计算分析与评定①

杨燕珍

(同济大学，上海 200092)

0 引 言

液位变送器是压力变送器技术的延伸和发展，它的原理是根据不同比重的液体在不同高度所产生压力成线性关系。

在地震灾害中，如果液位变送器发生损坏，将会导致无法监测核电站的能动设备，将造成很大的安全隐患。所以，验证液位变送器在地震作用下是足够的是不能缺少的环节，本文将对某液位变送器进行数值建模并进行抗震计算分析，并进行评定。

1 模 型

1.1 结构概况

分析对象为某液位变送器，变送器壳体为6mm厚，，连接部分直径为20mm，法兰厚度为24.3mm，小喇叭厚度为0.8mm，法兰处固定螺栓为M18*8，单个螺栓有效直径为15.65mm，固定处螺栓为M4*4，单个螺栓有效直径为3.4mm。

1.2 机械力学性能

变送器部分采用CF3M材料，连接部分316L不锈钢材料，法兰316L不锈钢材料，法兰处固定螺栓采用316L不锈钢材料，小喇叭固定处螺栓采用316L不锈钢材料。

表1 雷达液位变送器常温下机械力学性能

1.3 计算模型

模型的受力包括两部分，结构自重荷载及地震作用下的反应谱，计算模型的总重量为12kg。

液位变送器的变送器、连接部分、探头采用实体单元(C3D10单元)模拟，法兰采用实体单元(C3D8R单元)模拟，小喇叭采用板壳单元(S4R单元)模拟，螺栓采用螺栓接触面的反作用力进行反算，通过螺纹与法兰固定，法兰通过底部螺栓与其他结构固定，在螺栓固定处施加固定端位移边界条件，计算模型见图1。

图1 液态变送器计算模型

根据建模计算和抗震分析的要求，SL-1取1/2SSE，SL-2取SSE。异常工况(B级使用荷载)荷载组合：DW(自重)±SL-1；事故工况(D级使用荷载)荷载组合：DW(自重)±SL-2。

2 结构应力评定准则

液态变速器主要受力部件为实体部件和板壳型部件，B级荷载下按线弹性分析法进行应力评定，D级荷载下按规范中附录F所规定的要求进行应力评定，因此，雷达液位变送器结构许用应力评定准则及限制列于表2-表5。

表2 小喇叭应力评定准则及限制(MPa)

表3 变送器应力评定准则及限制(MPa)

表4 连接部分、法兰应力评定准则及限制(MPa)

表5 固定螺栓应力评定准则及限制(MPa)

3 计算结果与评定

采用ABAQUS 6.14对该结构进行了模态分析。该模型的总质量为12kg。计算前150阶模态，发现频率介于102.08Hz-35606Hz。表6给出结构前6阶模态频率值及其振动特征，其主要振型图及荷载下的整体应力云图见图2。发现三向质量参与系数分别为93.13%，92.13%和93.06%。

各工况下雷达液位变送器结构的主要部件在B级、D级使用荷载作用下的各主要部件响应力最大值列于表6-表8，对比表2-表5，可知各部分的应力均能通过应力评定。

表6 结构应力值最大值(MPa)

表7 小喇叭响应应力最大值(MPa)

表8 小喇叭与上部结构连接螺栓响应应力最大值(MPa)

图2 液态变送器主要阵型及整体应力云图

4 结 论

液态变送器在地震作用下的响应在安全范围内，对保障该仪器的正常运行和相关器件的正常运行都具有比较重要的意义，某液态变送器结构的数值建模下的抗震分析和应力评定结果表明该液位变送器的结构及其连接部分的地震作用下的安全性均能满足规范规定的抗震规范要求。分析所得的应力计算结果对于后续液态变送器的自主研发和设计、以及后续的结构上的改进具有借鉴意义。