核级风道调节阀的抗震分析.pdf

2 0 1 5年第 4 3卷第 8期 流体机械 5 5 文章编号 1 0 0 5 0 3 2 9 2 0 1 5 0 8 0 0 5 5 0 4 核级风道调节阀的抗震分析 徐志新 ， 葛黎明 江苏神通阀门股份有限公司， 江苏启东2 2 6 2 3 2 摘要 为了验证阀门的抗震性能， 基于有限元分析方法 ， 应用 N A S T R A N计算阀门整机的振动模态以及在承受地震 载荷及组合载荷共同作用下的应力及变形， 然后根据 A S ME规范对承压边界部件作出应力评定和强度校核。结果表明。 该核级风道调节阀在地震载荷及组合载荷作用下能保持结构完整性。 关键词 风道调节阀； 抗震分析； 振动模态； 地震载荷 中图分类号 T H 1 3 ； T P 2 1 4 文献标志码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 0 3 2 9 ． 2 0 1 5 ． 0 8 ． 0 1 2 Se i s m i c Aa na l y s i s f o r Nu c l e a r Ai r Du c t Re g ul a t o r XU Zh i x i n， GE L i - mi n g J i a n g s u S h e n t o n g V a l v e C o ． L t d ． ， Q i d o n g 2 2 6 2 3 2 ， C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e f i n i t e e l e me n t a n a l y s i s me t h o d，t h e v i b r a t i o n mo d e o f t h e wh o l e v alv e was c a l c u l a t e d b y N AS T R AN f o r v e r i f y i n g t h e s e i s m i c p e r f o r m a n c e o f t h e v a l v e ． T h e f i n i t e e l e me n t m o d e l o f v a l v e ， w h i c h s u b j e c t e d t o t h e s e i s m i c l o a d a n d c o m b i n i n g l o a d，w a s b u i l t t o d e t e r mi n e s t r e s s a n d d e f o r ma t i o n ． An d t h e n s t r e s s e v a l u a t i o n a n d s t r e n g t h c h e c k w e r e p e rfo rm e d i n a c c o r d - a n c e wi t h AS ME c o d e ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t n u c l e a r a i r d u c t r e g u l a t o r d u e t o s h u t d o wn e a r t h q u a k e a n d c o mb i n i n g l o a d c a l l s a t i s f y t h e r e q u i r e me n t o f s t r u c t u r e i n t e g r i t y ． Ke y wo r d s a i r d u c t r e gu l a t o r ；s e i s mi c a n aly s i s ；v i b r a t i o n mo d e ；s e i s mi c l o a d 1 前言 核级风道 调节 阀主要应 用于核 岛的通风 系 统 、 安全壳 内大气监测系统及风机出口处等 ， 起 阻 断气流、 切断通风系统、 防止放射性气体倒流和对 系统的自 动隔离作用⋯。风道调节阀是核电站 安全运行的关键附件， 设计规范要求对其进行抗 震分析 ] ， 目 前采用有限元方法进行结构的三 维力学分析 已经走 向成熟 ， 并 已经在核安全级设 备的结构分 析中得到 了广泛应用 。故本文 利用 N A S T R A N对核 级风 道调 节 阀进 行抗 震分 析 ， 验证在地震载荷及其他载荷作用下 阀门能否 保持压力边界的完整性 。 2 阀门简介 该 阀门安全级别为3级 ， 抗震类型为 l I ， 阀门 尺寸规 格 为 1 2 5 0 ． 0 m m 1 0 0 0 ． O m m， 设计 内压 0 ． 0 0 5 MP a ， 设计温度 1 0 7 ． 0 C。阀 门的结构如图 1 ， 主要部件包括阀体 、 阀板 、 阀轴、 连杆、 摆臂、 联 接轴、 支架。阀门总质量为 5 8 4 ． 6 k g ， 其中电动装 置的重量 约为 1 4 0 ． 0 k g 。阀门部件 材料力学 性 能， 如表 1所示 。 图 1 阀门三维模型 收稿 日期 2 0 1 5一 O 1 2 O 修稿 日期 2 0 1 5 0 62 5 基金项目 江苏省科技成果转化专项基金资助项目 B A 2 0 1 4 1 0 9 ； 江苏省企业重点实验室资助项目 B M 2 0 1 4 0 1 3 5 8 FL UI D MACHI NERY Vo 1 ． 43， No ． 8， 2 01 5 小于阀门跨度 的 1 ／ 3 6 0 0 ． 9 7 r n m 。表明事故工 况下阀门的变形满足标准要求。 7结论 1 阀门的第一阶固有频率高于 3 3 H z ， 可认 为是刚性结构 ， 可采用等效静力法进行抗震分析 ； 2 阀门在地震载荷和组合载荷下 ， 阀门各 部件 的评定应力均远小于许用值 ， 满足 A S ME标 准的要求 ， 不会产生屈服破坏 ， 满足强度要求 ； 3 阀门在事故工况下的变形小于许用值， 满足刚度要求。 因此 ， 阀门在 自重 、 内压 、 管道连接载荷 、 检修 负载 、 地震载荷联合作用下能保持结构 的完整性 ， 为核电厂选用阀门提供 了重要的安全保障。 参考文献 沈捷美， 张逸芳， 孙雪萍． 核电站用核级风阀的设计 [ J ] ． 阀门， 2 0 0 9 ， 3 2 1 4 - 8 ． 陆培文． 实用阀门设计手册[ M] ． 北京 机械工业出 版社 ， 2 0 1 2 ． A S ME A G 1 2 0 0 3 ， 核电厂空气与气体处理[ s ] ． A S M E Q M E一 1 2 O O 2 ， 核电厂能动机械设备的鉴定[ s ] ． A S ME B P V C m N C 2 0 1 0 ， 核设施部件构造规则[ S ] ． 章茂森 ， 谬小冬， 靳淑军， 等． 一种核级仪表阀的抗 地震冲击研究[ J ] ． 流体机械， 2 0 1 4， 4 2 1 0 3 2 3 6 ． 周文霞， 张继革， 宋志平 ， 等． 核 2级调节阀的抗震 分析及试验研究 [ J ] ． 世界地震工程， 2 0 1 1 ， 7 1 1 4 8． 1 5 2． 刘清友 ， 包凯 ， 付玉坤， 等． 高压节流阀节流特征及流 固耦合失效分析[ J ] ． 流体机械， 2 0 1 4 ， 4 2 6 5 0 5 4 ． [ 9 ] 刘海鹏， 贾臻． 核二级手动截止阀的抗震分析 [ J ] ． 阀门， 2 0 1 4 ， 3 7 2 3 6 - 3 8 ． 『 1 0 ]J a f a r z a d e h B， Ha j a r i A ． T h e fl o w s i m u l a t i o n o f a l o w s p e c i fi c s p e e d h i g h s p e e d c e n t ri f u g a l p u m p[ J ] ． A p p l i e d Ma t } l e ma t i c a l Mo d e l l i n g ， 2 0 1 1 ， 3 5 2 4 2 2 4 9 ． [ 1 1 ]S h o j a e e f a r d a M H， T a h a n i a M， E h g h a g h i b M B， e t a 1 ． N u me ri c a l s t u d y o f t h e e f f e c t s o f s o me g e o me t ric c h a r a c t e r i s t i c s o f a v i s c o u s f l u i d [ J ] ． C o m p u t e r s a n d F l u i ds ， 2 01 2， 6 0 61 - 7 0． [ 1 2 ]李阳光， 韩国鹏， 王超， 等． 核级 电动闸阀抗震应力 分析[ J ] ． 阀门， 2 0 1 4， 4 2 3 2 4 ． 2 6 ． [ 1 3 ]周莹， 邹建荣． 核一级电动闸阀抗震分析[ J ] ． 阀门， 2 0 1 5 ， 4 3 1 1 6 2 0 ． [ 1 4 ]杨萍， 代小军 ， 黄鑫， 等． 活塞并联压缩机振动有限 元分析的探讨[ J ] ． 流体机械 ， 2 0 1 4， 4 2 1 5 1 - 5 3 ． [ 1 5 ]来敏化， 童海文． 抽汽调节阀汽流激振原因分析及 对策[ J ] ． 化工设备与管道 ， 2 0 1 3 ， 5 0 3 5 2 - 5 4， 7 7 ． [ 1 6 ]郭崇志， 孙耀平， 宋书伟． 安全阀稳态与瞬态数值模 拟技术对比研究[ J ] ． 压力容器， 2 0 1 5 ， 3 2 2 2 7 3 4 ． [ 1 7 ]宋忠荣， 陶国庆， 刘建峰， 等． 最小流量调节阀内部 流场及流量特性模拟研究[ J ] ． 流体机械， 2 0 1 4 ， 4 2 5 3 1 3 4 ． [ 1 8 ]王燕， 胡建华， 胡建， 等． 多级套筒调节阀消声减振元 件设计研究[ J ] ． 流体机械， 2 0 1 3 ， 4 1 7 1 9 - 2 2 ， 1 3 ． [ 1 9 ]A S M E 一 Ⅱ． D篇 2 0 1 0 ， 锅炉及压力容器规范材料性 能[ S ] ． 作者简介 徐志新 1 9 8 7一 ， 男 ， 工程师 ， 从事 阀门结构有 限 元分析 、 核级 阀门抗震计算分析的研究及应用 ， 通 讯地址 2 2 6 2 3 2 江苏启动市南阳工业园区江苏神通阀门有限公司西厂区。 上接 第 7 2页 [ 5 ] 黄翔， 刘小文 ， 吴志湘， 等． 露点间接直接蒸发冷却 空调机组的实验研究 [ J ] ． 暖通空调， 2 0 1 1 ， 4 1 5 1 0 4 1 0 8． [ 6 ] R i a n g v i l a i k u l B， K u ma r S ． A n e x p e ri m e n t a l s t u d y o f a n o v e l d e w p o i n t e v a p o r a t i v e c o o l i n g s y s t e m[ J ] ． E n e r gy a n d B u i l d i n g s ， 2 0 1 0， 4 26 3 7 - 6 4 4 ． [ 7]X u d o n g Z h a o ， Z h i y i n D u a n ， C h a n g h o n g Z h a n ， e t a 1 ． Ri f f a t ． Dy n a mi c pe r f o r ma nc e o f a n o v e l de w p o i n t a i r c o n d i t i o n i n g f o r t h e U K b u i l d i n g s[ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u rna l o f L o w C a r b o n T e c h n o l o g i e s 2 0 0 9， 42 7 - 3 5 ． [ 8 ] F r a n k B r u n o ． O n s i t e e x p e r i m e n t a l t e s t i n g o f a n o v e l d e w p o i n t e v a p o r a t i v e c o o l e r [ J ] ． E n e r g y a n d B u i l d i n g s 201 1， 433 475 - 3 48 3． [ 9 ] 周海东， 黄翔 ， 范坤． 露点间接蒸发冷却器结构对 比 分析[ J ] ． 流体机械 ， 2 0 1 3 ， 4 1 2 7 1 - 7 7 ． [ 1 0 ]郝航， 黄翔， 盛晓文， 等． 对于管式加间接蒸发冷却 器该进流程的分析与验证[ J ] ． 流体机械， ， 2 0 1 3 ， 4 1 6 6 5 - 6 9 ． [ 1 1 ]高永建， 张明， 赵云飞， 等． 基于 G B 1 5 02 0 1 1 设计的 冷却器疲劳分析[ J ] ． 压力容器 ， 2 0 1 4 ， 3 1 3 3 5 3 9 ． [ 1 2 ]狄育慧， 刘加平， 黄翔． 蒸发冷却空调应用的气候适 应性 区 域 划 分 [ J ] ．暖 通 空 调， 2 0 1 0 ， 4 0 2 1 0 8 一 l 1 1 ． [ 1 3 ]A m e r i c an S o c i e t y o f H e a t i n g ． R e f r i g e r a t i n g a n d A i r C o n d i t i o n i n g E n g i n e e r s [ M] ． A S H R A E h and b o o k f u n d a me n t a l s ， 2 0 0 9． 作者简介 王玉刚 1 9 7 8一 ， 男 ， 博士研究 生 ， 主要从 事蒸发 冷却技术研究 ， 通讯地址 3 6 1 0 2 1福建厦 门市集美 区石 鼓路 9号 集美大学机械与能源工程学院 。 ] j 1 j] J 1 j l 2 3 4 5 6 7 8 rL r r L r L r ，L rL