核一級(jí)截止閥的抗震分析

　　應(yīng)用有限元法的數(shù)值仿真手段，模擬包括地震在內(nèi)的各種載荷作用，通過(guò)等效靜力法對(duì)核一級(jí)截止閥進(jìn)行應(yīng)力分析，然后根據(jù)ASME 規(guī)范對(duì)各主要部件進(jìn)行應(yīng)力評(píng)定和強(qiáng)度校核，確定了閥門(mén)各部件結(jié)構(gòu)在極限安全地震條件下滿足強(qiáng)度要求，能夠保證壓力邊界的完整性。

　　1、概述

　　核級(jí)閥門(mén)作為核電站中重要的安全設(shè)備，要求能承受核電廠壽命期內(nèi)的使用載荷和地震載荷，并能保持壓力邊界完整和不喪失功能。因此，在設(shè)計(jì)核安全級(jí)閥門(mén)樣機(jī)時(shí)必須要進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算和抗震分析。

　　本文根據(jù)EJ/T 1022.14-1996 和EJ/T1022.15-1996 及有關(guān)規(guī)定對(duì)核一級(jí)截止閥進(jìn)行力學(xué)計(jì)算。采用Hyperworks 有限元分析軟件包進(jìn)行地震載荷下應(yīng)力分析評(píng)定。

　　2、結(jié)構(gòu)和參數(shù)

　　截止閥主要由閥體、閥瓣、閥蓋、閥桿、鎖緊螺母、閥桿螺母和手柄等部件構(gòu)成(圖1，表1) 。截止閥屬于強(qiáng)制密封式閥門(mén)，閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，必須向閥瓣施加壓力，以強(qiáng)制密封面不泄漏。截止閥開(kāi)啟時(shí)，閥瓣的開(kāi)啟高度為公稱直徑的25% ～30% 時(shí)。流量達(dá)到最大，表示閥門(mén)已達(dá)全開(kāi)位置。截止閥的全開(kāi)位置，應(yīng)由閥瓣的行程決定。閥門(mén)的安全級(jí)別為核一級(jí)，抗震類型為抗震I 類。

表1 截止閥材料的力學(xué)性能

圖1 截止閥

　　3、模型建立及模態(tài)分析

　　(1) 簡(jiǎn)化模型

　　核一級(jí)截止閥尺寸小，質(zhì)量輕，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)和壓力邊界部分幾何形狀復(fù)雜，為了保證有限元計(jì)算的有效性和合理性，建立截止閥的計(jì)算模型時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)和力學(xué)模型做一些必要的簡(jiǎn)化。

　　①簡(jiǎn)化對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力沒(méi)有影響的墊片和倒角。

　�、�10種型號(hào)的截止閥進(jìn)行有限元分析時(shí)，閥座的底端及螺栓孔處的節(jié)點(diǎn)6個(gè)自由度全被約束(X，Y，Z方向的移動(dòng)和X，Y，Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)) 。

　　(2) 網(wǎng)格劃分

　　在有限元計(jì)算過(guò)程中，截止閥采用十節(jié)點(diǎn)四面體三維單元，共劃分194 645個(gè)單元，26 214個(gè)節(jié)點(diǎn)(圖2) 。

圖2 截止閥有限元模型

　　(3) 固有頻率

　　表2 列出了截止閥的前四階固有頻率。圖3和圖4為截止閥的一階和二階固有頻率振型。

表2 截止閥四階固有頻率Hz

圖3 截止閥一階振型

圖4 截止閥二階振型

　　6、結(jié)語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)應(yīng)力計(jì)算和抗震分析，核一級(jí)截止閥在地震工況下，整體及其重要部件閥瓣、閥體、閥桿和閥蓋等的計(jì)算最大應(yīng)力Pm均小于相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力Sm，符合ASME的規(guī)范要求。評(píng)定表明，截止閥地震載荷下強(qiáng)度滿足要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全。