之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現(xiàn)在介紹核電站截止閥抗震分析評定應(yīng)用有限元法的數(shù)值手段，模擬包括地震在內(nèi)的各種載荷作用，通過等效靜力法對核一級截止閥進行應(yīng)力分析，然后根據(jù)ASME 規(guī)范對各主要部件進行應(yīng)力評定和強度校核，確定了閥門各部件結(jié)構(gòu)在極限安全地震條件下滿足強度要求，能夠保證壓力邊界的完整性。

1、核電站截止閥抗震分析評定概述

核級閥門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)計核安全級閥門樣機時必須要進行應(yīng)力計算和抗震分析。本文根據(jù)EJ/T 1022.14-1996 和EJ/T1022.15-1996 及有關(guān)規(guī)定對核一級截止閥進行力學(xué)計算。采用Hyperworks 有限元分析軟件包進行地震載荷下應(yīng)力分析評定。

2、核電站截止閥抗震分析評定結(jié)構(gòu)和參數(shù)

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥截止閥主要由閥體、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) 。截止閥屬于強制密封式閥門，閥門關(guān)閉時，必須向閥瓣施加壓力，以強制密封面不泄漏。截止閥開啟時，閥瓣的開啟高度為公稱直徑的25% ～30% 時。流量達到大，表示閥門已達全開位置。截止閥的全開位置，應(yīng)由閥瓣的行程決定。閥門的安全級別為核一級，抗震類型為抗震I 類。表1 截止閥材料的力學(xué)性能核一級截止閥的抗震分析核一級截止閥的抗震分析圖1 截止閥

3、核電站截止閥抗震分析評定模型建立及模態(tài)分析

(1) 簡化模型

核一級截止閥尺寸小，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，為了保證有限元計算的有效性和合理性，建立截止閥的計算模型時，對結(jié)構(gòu)和力學(xué)模型做一些必要的簡化。

①簡化對整個結(jié)構(gòu)的應(yīng)力沒有影響的墊片和倒角。

②10種型號的截止閥進行有限元分析時，閥座的底端及螺栓孔處的節(jié)點6個自由度全被約束(X，Y，Z方向的移動和X，Y，Z方向的轉(zhuǎn)動) 。

(2) 網(wǎng)格劃分

在有限元計算過程中，截止閥采用十節(jié)點四面體三維單元，共劃分194 645個單元，26 214個節(jié)點(圖2) 。核一級截止閥的抗震分析圖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核一級截止閥的抗震分析核一級截止閥的抗震分析圖3 截止閥一階振型核一級截止閥的抗震分析圖4 截止閥二階振型

6、核電站截止閥抗震分析評定結(jié)語

經(jīng)過應(yīng)力計算和抗震分析，核一級截止閥在地震工況下，整體及其重要部件閥瓣、閥體、閥桿和閥蓋等的計算大應(yīng)力Pm均小于相應(yīng)的設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力Sm，符合ASME的規(guī)范要求。評定表明，截止閥地震載荷下強度滿足要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計安全。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥