核级减压阀的设计与计算.pdf

文章编号 100225855 2008 0520001204 作者简介于威1971 - ,男,辽宁沈阳人,工程师,从事阀门产品设计工作。 核级减压阀的设计与计算 于巍1,吴利坤1,李铜桥2 1 1 沈阳阀门研究所,辽宁 沈阳110142; 21 海军驻哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,黑龙江 哈尔滨150000 摘要 介绍了核级减压阀的技术性能、结构特点、材料选用与设计计算方法。 关键词 减压阀;核工业用阀;结构;设计;计算 中图分类号 TH134 文献标识码 A Design and calculation of nuclear2class pressure reducing valve YU Wei1, WU Li2kun1, LI Tong2qiao2 1 1Shenyang Valve Research Institute , Shenyang 110142 , China ; 21Navy resident representative in Harbin Turbine Plant Co. , Ltd , Harbin 150000 , China Abstract The paper introduces the technical features , structure characteristics , material selection and design and calculation s for nuclear2class pressure reducing valves. Key words pressure reducing valve ; nuclear valve ; structure ; design ; calculate 1 概述 核级减压阀安装在快中子反应堆一、二次氩气 分配系统及一次氩气吹扫与衰变系统的管道上,通 过启闭件的节流,将进口压力降至某一需要的出口 压力,并能在进口压力及流量变动时,利用本身介 质能量保持出口压力基本不变。 2 设计依据 HAF0400 核电厂质量保证安全规定 HAF0406 核电厂设计中的质量保证 GB/ T 12244 减压阀一般要求 JB/ T 2206 减压阀技术条件 GB/ T 12245 减压阀性能试验方法 ASME II 锅炉和压力容器规范材料 ASME V 锅炉和压力容器规范无损检验 ASME IX 锅炉和压力容器规范焊接与钎焊 RCC - M 压水堆核岛机械设备设计建造规则 3 性能指标 公称压力MPa 1010 进口压力MPa 510 出口压力MPa 110 强度试验MPa 1510 最高工作温度℃ 25 安全级别 3 质量等级 QA2 抗震类别 1I 适用介质 氩气 使用寿命a 30 流阻系数 ≤7 操作方式 非能动式 连接方式 焊接 公称通径mm 65 接管尺寸 mm mm 013tr b 焊接端处阀体形状 ① 从阀颈外表面沿流体流动方向测得的距离 tm,由此得到A点沿该距离的阀门壁厚满足t1≥ tm。 ② 在距离阀门未端1133tm处表示为B点,在 B点的壁厚必须满足t2≥0177tm。 512 阀体的O级准则计算 按照RCC - M C3552和C3140的规定, O级 准则的目的就是为了防止在设计工况载荷下出现过 度变形、弹性失稳、弹塑性失稳和塑性失稳等类型 破坏。 1一次薄膜应力极限 应力分析遵循RCC - M C355211 ,一次薄膜应 力基本上是由内压产生的。在内压作用下,阀体的 最高应力是在阀体交界处,其特点是有一个环局拉 应力垂直于阀颈和阀体端部中心线的平面图5中 面积Am , 在表面有最大值计算尺寸见图 5 。 总体一次薄膜应力强度Pm为 Pm Af Am 015Ps 式中 Pm 拐角区处的总体一次薄膜应力强度, MPa Af 不包括腐蚀裕量的内轮廓的有效流 体压力面积, mm2 Am 不包括腐蚀裕量的内轮廓的作用在 Af上承受流体力的有效金属面积, mm2 Ps 在260℃ 下的标准计算压力, MPa Af和Am值按图5确定。 按RCC - M C3552界限参数,LA取015d- Tb与Tr两者中的较大值。LN为 LN 015r2 01354TbdTd 式中 d 交界处阀体颈部内直径, mm Tr 邻近阀体和阀颈交界处阀体的壁厚, mm r2 阀颈和阀体交界处外接圆半径, mm 2一次薄膜应力弯曲应力极限 在给定载荷值的情况下阀体除满足RCC - M C355211的准则外,也应该满足RCC - M C355212 的准则,即 Ca115 ri Tr 015Ps≤115Sm 式中 Ca 应力系数 32008年第5期 阀 门 Ca 012 018 sinα α 阀盖与流道中心线之间的锐角 , ri 接合区阀体内壁轮廓线的外接圆半 径, mm Peb 由管道反作用力产生的应力, MPa Sm 许用基本应力强度, MPa 阀体设计时,必须保证阀体有足够的强度,以 保证能足够安全地传递由连接管道系统产生的力和 力矩。在接合区处危险截面A-A图5确定 Peb值,当弯曲载荷作用时 Peb CbFbS Gb 式中 Cb 弯曲载荷的应力指数,取Cb1和Cb2 中的较大值 Cb1 1 Cb2 01335 r/ Tr 2/ 3 r 在接合区阀体壁的平均半径, mm rriTr/ 2 Fb 01393d3ePs 138 -Ps de 较大连接管端阀体内径, mm S 取管材在260℃下的屈服强度见 RCC - M ZI11 5 , MPa Gb 断面模数见RCC - M C355212 b 5 和图5 ,为通过A-A平面绕垂直 于阀盖和阀体中心线共同平面的轴 线,该轴线在拐角处产生最大弯曲 应力, mm3 GbI/ r 1Tr I 在拐角区阀体截面A-A处的惯性 矩, mm4 De A-A截面外直径, mm Di A-A截面内直径, mm 513 阀体的B级准则计算 按RCC - M C3150的规定,扰动工况中必须 遵守B级准则,并按RCC - M C3553的规定进行 校核 Af Am 015Ps≤XSm Ca115 ri Tr 015PsXPeb≤115XSm 式中X为核级别系数 514 相关计算 除以上应力分析计算外还应进行密封比压、主 副阀瓣流通面积和开启高度、弹簧、膜片以及流阻 系数的计算,并使用SOLID WORKS软件进行三 维立体造型设计和重心求解。 6 结语 核级减压阀设计的关键是在保证使用功能的前 提下,不允许有任何外漏,并且在出现事故时可迅 速得到控制和及时处理,这就需要对易外漏处进行 多重可靠性防护设计。目前该减压阀在用户使用工 况中运行良好,各项性能指标均达到设计要求。 参考文献 〔1〕 沈阳阀门研究所.阀门设计 〔Z〕.沈阳沈阳阀门研究所, 1976. 〔2〕 杨源泉.阀门设计手册 〔M〕.北京机械工业出版社, 1992. 〔3〕 AFCEN. RCC - M 2000 ,压水堆核岛机械设备设计和建造 规则 〔S〕. 收稿日期 20081071 10 书讯 阀门产品样本 本书由机械工业出版社出版发行,合肥通用机械研究院与全国阀门标准化技术 委员会主编。本书汇集了我国阀门行业主要生产厂家的有代表性的产品,共计2000多个型号、近4万个 规格。包括各类阀门的外观图、结构图、主要性能参数、主要外形和结构尺寸、重量及主要零件材料,以 及生产厂家等,为工程设计、采购、销售人员及阀门用户正确、合理、经济地选择阀门提供参考资料。书 号ISBN 7 - 111 - 18960 - 4 ,定价290100元/上、下册。 每册加收书价10 的邮寄包装费,需要者,请与沈阳经济技术开发区开发大路15号沈阳阀门研究所 科技开发信息中心的尹玉杰联系,邮编 110142 ,电话 024 - 25653780。 E - mail sfskkxz chinavalveinfo. net http / / www.chinavalveinfo. net 4 阀 门 2008年第5期