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
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[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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