上海申弘閥門有限公司
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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。
序 號 | 設(shè)備名稱及代號 | 數(shù)量 | 型號規(guī)格或主要參數(shù) | 主要材料 | 重量(kg) | 安全 等級 | 規(guī)范 等級 | 質(zhì)保 等級 | 抗震 類別 | 備注 | |
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| 單重 | 總重 |
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核電站截止閥抗震分析評定采暖系統(tǒng) | |||||||||||
| 手動平衡閥 | 2 | 型號SPF45-16.數(shù)字鎖定，等百分比，工作壓力1.0MPa，流量2.7t/h | 鑄鋼 |
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| 接口管徑DN65 |
| 手動平衡閥 | 1 | 型號SPF45-16.數(shù)字鎖定，等百分比，工作壓力1.0MPa，流量2.62t/h | 鑄鋼 |
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| 接口管徑DN50 |
| 手動平衡閥 | 1 | 型號SPF45-16.數(shù)字鎖定，等百分比，工作壓力1.0MPa，流量2.25t/h | 鑄鋼 |
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| 接口管徑DN50 |
| 手動平衡閥 | 2 | 型號SPF45-16.數(shù)字鎖定，等百分比，工作壓力1.0MPa，流量1.12t/h | 鑄鋼 |
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| 接口管徑DN40 |
| 球閥 | 28 | 型號Q11X-16C型，DN20 | 碳鋼 |
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| 自動放氣閥前 |
| 自動放氣閥 | 28 | 型號ZP-II型，DN20 | 碳鋼 |
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| 蝶閥 | 2 | 型號D34X-16型，DN65 | 碳鋼 |
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| 蝶閥 | 2 | 型號D34X-16型，DN50 | 碳鋼 |
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| 截止閥 | 2 | 型號J11T-16型，DN40 | 碳鋼 |
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| 截止閥 | 70 | 型號J11T-16型，DN20 | 碳鋼 |
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| 截止閥 | 2 | 型號J11T-16型，DN25 | 碳鋼 |
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| 截止閥 | 2 | 型號J11T-16型，DN15 | 碳鋼 |
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| 截止閥 | 8 | 型號J41T-16型，DN80 | 碳鋼 |
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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
