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    抗震分析核二级电动闸阀

    前段时间地震和海啸引发的日本福岛核电站走漏变乱,不光让全球对核电保险性有所质疑,也让各国劈头重新严谨各自的核保险状况。我国对在建的核设施进行片面保险搜查,也暂停审批核电工程,但大力发展核电的政策并无窜改,在核电发展范畴顽强的状况下,将会提升核电的保险标准,在研发和生产核电配备时,申请必需进行抗震才具评价,确保核电配备在碰着如地震等伟大变乱时能保持残破。
           核电阀门做为核电站中重要的保险配备之一,必需能遭受核电厂寿命期内的使用载荷和地震载荷,并能保持压力内地残破和不丧见效率,因此在解决核级阀门样机时必必要进行应力总计和抗震综合。本抗震综合的目的即是考据解决的核二级电动闸阀在SSE地震载荷及解决组合载荷感召下的构造残破性。综合中应用弹性有限元综合方法总计阀门整机的振动模态,以及在遭受地震载荷及解决组合载荷一起感召下的应力及变形,尔后依照ASME尺度作出应力评定和强度校核。
            二、阀门引见
            该核二级电动闸阀(型号:NB200Z960Y-100R)保险级别为二级,抗震类型为1A类。主若是由阀体、阀盖、闸板、阀杆、支架以及电动装置等零部件组成。阀体、阀盖以及闸板由材料SA351MCF8M制成,200℃以下根蒂许用应力值为132MPa;支架由CF8制成,200℃以下根蒂许用应力值为133MPa。阀体和管道颠末焊延续接,阀体颠末螺栓M33和阀盖毗邻,阀盖和支架颠末螺栓M30毗邻,电动装置的重量约为180kg,其重心位子坐标(-120,50,1021),配备的三维装配图如图1所示(电动装置视为一刚体品质块,以品质单元加在支架上)。


    图1 核二级电动闸阀三维模型图

            三、阀门的振动模态总计
            阀门振动模态总计的目的是必定第一阶固有频率是大于还是小于33Hz,从而必定是把持等效静力方法还是能源综合方法来进行后续总计。
            对阀门出入口法兰的端面进行固定束缚,进行模态总计,提取三阶固有频率数,其总计毕竟见表1,第一至第三阶模态振型如图2所示。

    表1 阀门固有频率

    图2 阀门前三阶模态振型 
        
            依照该阀门在中国核能源研究院进行的实验呈报,其测得的前两阶固有频率分别为41.45Hz,56.38Hz,第三阶>100Hz,总计基频和实验毕竟根蒂差异。由于该阀门最低固有频率都超过33Hz,可视为刚性构造,因此,可用等效静力综合方法进行抗震综合。
            四、阀门抗震综合模型
            1.地震载荷输出
            一般当配备固有频率大于33Hz时,可采用等效静力综合方法进行总计,即SSE地震载荷取3个方向的加快度值做为地震输出。这里依照《研制任务书》规定,两个水平方向感召5g地震加快度值,垂直方向感召3.5g加快度值。
            2.载荷组合和应力限值
            抗震综合一般只对第二类和第四类工况进行,第二类工况思忖OBE地震,第四类工况思忖SSE地震。这里为了总计方便和毕竟古板起见,在进行建模总计和限值评按时,使用最老火的载荷组合(即变乱工况D级载荷)和最严厉的应力限值(即A级的应力限值),见表2。因此,假定这种状况下的应力限值失去满足,则另外工况的总计毕竟也必小于相应的应力限值,即解决和A、B、C级工况均可满足。

    表2 载荷组合及所应用的应力限值

            本次核阀抗震综合充分思忖解决压力、解决温度、配备自重、螺栓预紧力等使用载荷和地震载荷。阀门的解决压力为6.4MPa,为总计古板,变乱工况下感召压力取值为1.5倍解决压力,阀门的解决温度主要用来必定此温度下材料的许用应力,而不思忖由于温度感召发作的热应力(为二次应力,这里相对于由压力引起的应力来说,数值很小,根蒂可疏忽不计),螺栓预紧力值则依照满足紧密申请的解决总计获得,配备自重思忖为在配备施加1g的重力加快度。
            3.抗震综合有限元模型
            在建模时,在不影响综合毕竟的前提下对阀门构造部件作定然的简化。同时思忖到电动装置的个人刚性很强,对阀门的主要感召是施加惯性载荷,因此在总计中将电动装置简化为在其质心处的一个集中品质点,颠末多点束缚的模式毗连到支架的上端面。
            把持壮大的前措置软件HyperMesh建树三维有限元模型,模型采用SOLID95实体单元和TARGE170、CONTA174干戈单元及PRETS179预紧单元、MASS21品质单元,一共别离129627个单元,373086个节点。阀门个人模型各部件之间的毗连主要颠末网格节点调和延续、MPC束缚、建树干戈对的方法进行措置。
            思忖最鄙俚的工况遭受最有利的载荷组合,总计变乱工况(1.5×解决内压+螺栓预紧力+配备自重+SSE载荷),在阀门出入口法兰的端面进行固定束缚,感召均布压力为6.4×1.5=9.6MPa,螺栓预紧力值依照解决总计书获得,SSE地震载荷按照水平方向5g、垂直方向3.5g加快度配置,自重影响只在垂直方向配置为1g加快度,总计有限元模型如图3所示。  
      
    图3 阀门总计有限元模型

            五、承压内地总计毕竟及评定
            阀门承压内地的综合对象包含阀体、阀盖。本综计较算在变乱工况下的应力,尔落先行应力强度校核和评定。阀体、阀盖作为压力容器体,是基于应力漫衍必定典型的伤害截面,依呼应力分类准则,把持ASME尺度进行应力强度评定。而关于支架,由于采用不锈钢塑性材料,为了古板起见,本综合采用第三强度实践进行评定。
            1.阀体、阀盖应力评定
            图4为阀门整机在内压、自重、螺栓预紧力和SSE地震载荷组合感召下的应力强度总计毕竟云图。选取的阀体、阀盖微弱部位的应力评定截面(穿过壁厚的应力评定线)如图5所示,把持ANSYS后措置器的Path效率总计评定截面的薄膜应力σm和薄膜加弯曲应力σm+σb,最大薄膜应力发作在B-B截面,值为73.64MPa,最大薄膜加弯曲应力也发作在B-B截面,值为113.85MPa,本综合中用应力限值古板地取A级的限值,即σm≤1.0S,σm+σb≤1.5S,S为阀体、阀盖的许用应力,值为132MPa,微弱部位的应力评定毕竟见表3。

    图4 阀门团体应力强度云图

    图5 应力评定截面示企图
    表3 阀体、阀盖各微弱部位的应力评定毕竟

            2.支架强度校核
            在内压、自重、螺栓预紧力和SSE地震载荷组合感召下,支架的最大应力强度值为112.7MPa,支架材料为SA-351CF8M,依照ASME尺度第二卷PartDTable1A查得,其根蒂许用应力值为138MPa,满足强度申请。
            六、螺栓和法兰总计及评定
            在内压、自重、螺栓预紧力和地震加快度羁糜感召下,中法兰毗邻螺栓的拉应力和剪应力总计毕竟如图6所示,中法兰的三向应力毕竟如图7所示,法兰螺栓应力评见识表4,中法兰应力评见识表5。

    图6 中法兰毗邻螺栓的拉应力和剪应力
    表4 法兰螺栓应力评定

    图7 法兰纵向、径向、切向应力
    表5 中法兰应力评定(单位:MPa)

            七、结语
            本抗震综合采用最鄙俚的工况、最有利的载荷组合,总计阀门配备的各重要部件的应力,尔后把持最严厉的应力限值(评定准则)来进行评定。核二级电动闸阀颠末抗震综合剖明:
            1)阀门自振频率高于33Hz,可相通认为是刚性构造,具有良好的抗震功用。
            2)承压内地阀体、阀盖在各种规定载荷综合感召下发作的薄膜应力(σm)、薄膜加弯曲应力(σm+σb)都在许用值范畴内,支架的等效应力值小于核准应力,不会发作坚守破欠安,满足强度申请。
            3)中法兰及其毗邻螺栓的各种应力均在申请的限值内,能保持构造内地的毗连。    
            因此,在内压、螺栓预紧力和地震载荷羁糜感召下,该阀门能保持构造的残破性。
            参考文献
            [1]国家地震局.GB50267—97核电厂抗震解决尺度[S].北京:中国标准出版社,1997.
            [2]中国核财产总公司.EJ/T1022.14-96压水堆核电厂阀门应力综合和抗震综合[S].北京:中国标准出版社,1996.
            [3]张征明,吴莘馨,何树延.核保险级阀门的构造力学综合[J].阀门,2004(4).
            [4]邓晶晶.柴油发电机组抗震综合[J].振动和攻打,2009,28(12):193-197.

     

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