核一级截止阀的抗震分析

　　应用有限元法的数值仿真手段，模拟包括地震在内的各种载荷作用，通过等效静力法对核一级截止阀进行应力分析，然后根据ASME 规范对各主要部件进行应力评定和强度校核，确定了阀门各部件结构在极限安全地震条件下满足强度要求，能够保证压力边界的完整性。

　　1、概述

　　核级阀门作为核电站中重要的安全设备，要求能承受核电厂寿命期内的使用载荷和地震载荷，并能保持压力边界完整和不丧失功能。因此，在设计核安全级阀门样机时必须要进行应力计算和抗震分析。

　　本文根据EJ/T 1022.14-1996 和EJ/T1022.15-1996 及有关规定对核一级截止阀进行力学计算。采用Hyperworks 有限元分析软件包进行地震载荷下应力分析评定。

　　2、结构和参数

　　截止阀主要由阀体、阀瓣、阀盖、阀杆、锁紧螺母、阀杆螺母和手柄等部件构成(图1，表1) 。截止阀属于强制密封式阀门，阀门关闭时，必须向阀瓣施加压力，以强制密封面不泄漏。截止阀开启时，阀瓣的开启高度为公称直径的25% ～30% 时。流量达到最大，表示阀门已达全开位置。截止阀的全开位置，应由阀瓣的行程决定。阀门的安全级别为核一级，抗震类型为抗震I 类。

表1 截止阀材料的力学性能

图1 截止阀

　　3、模型建立及模态分析

　　(1) 简化模型

　　核一级截止阀尺寸小，质量轻，但内部结构和压力边界部分几何形状复杂，为了保证有限元计算的有效性和合理性，建立截止阀的计算模型时，对结构和力学模型做一些必要的简化。

　　①简化对整个结构的应力没有影响的垫片和倒角。

　　②10种型号的截止阀进行有限元分析时，阀座的底端及螺栓孔处的节点6个自由度全被约束(X，Y，Z方向的移动和X，Y，Z方向的转动) 。

　　(2) 网格划分

　　在有限元计算过程中，截止阀采用十节点四面体三维单元，共划分194 645个单元，26 214个节点(图2) 。

图2 截止阀有限元模型

　　(3) 固有频率

　　表2 列出了截止阀的前四阶固有频率。图3和图4为截止阀的一阶和二阶固有频率振型。

表2 截止阀四阶固有频率Hz

图3 截止阀一阶振型

图4 截止阀二阶振型

　　6、结语

　　经过应力计算和抗震分析，核一级截止阀在地震工况下，整体及其重要部件阀瓣、阀体、阀杆和阀盖等的计算最大应力Pm均小于相应的设计温度下的许用应力Sm，符合ASME的规范要求。评定表明，截止阀地震载荷下强度满足要求，结构设计安全。