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之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現(xiàn)在介紹核一級截止閥規(guī)范應用有限元法的數(shù)值段，模擬包括地震在內(nèi)的各種載荷作用，通過等效靜力法對核一級截止閥進行應力分析，然后根據(jù)ASME 規(guī)范對各主要部件進行應力評定和強度校核，確定了閥門各部件結(jié)構(gòu)在極限安全地震條件下滿足強度要求，能夠保證壓力邊界的完整性。

1、核一級截止閥規(guī)范概述

核級閥門作為核電站中重要的安全設備，要求能承受核電廠壽命期內(nèi)的使用載荷和地震載荷，并能保持壓力邊界完整和不喪失功能。因此，在設計核安全級閥門樣機時必須要進行應力計算和抗震分析。

本文根據(jù)EJ/T 1022.14-1996 和EJ/T1022.15-1996 及有關規(guī)定對核一級截止閥進行力學計算。采用Hyperworks 有限元分析軟件包進行地震載荷下應力分析評定。

2、核一級截止閥規(guī)范結(jié)構(gòu)和參數(shù)

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥截止閥主要由閥體、閥瓣、閥蓋、閥桿、鎖緊螺母、閥桿螺母和手柄等部件構(gòu)成(圖1，表1) 。截止閥屬于強制密封式閥門，閥門關閉時，必須向閥瓣施加壓力，以強制密封面不泄漏。截止閥開啟時，閥瓣的開啟高度為公稱直徑的25% ～30% 時。流量達到zui大，表示閥門已達全開位置。截止閥的全開位置，應由閥瓣的行程決定。閥門的安全級別為核一級，抗震類型為抗震I 類。表1 截止閥材料的力學性能核一級截止閥的抗震分析核一級截止閥的抗震分析圖1 截止閥 1、高溫、高壓介質(zhì)的管路或裝置上宜選用截止閥。如火電廠、核電站，石油化工系統(tǒng)的高溫、高壓管路上。
        2、管路上對流阻要求不嚴的管路上。即對壓力損失考慮不大的地方。
        3、小型閥門可選用針閥、儀表閥、取樣閥、壓力計閥等。
        4、有流量調(diào)節(jié)或壓力調(diào)節(jié)，但對調(diào)節(jié)精度要求不高，而且管路直徑又比較小，如公稱通經(jīng)≤50mm 的管路上，宜選用。
        5、合成工業(yè)生產(chǎn)中的小化肥和大化肥宜選用公稱壓力PN160 公稱壓力16MPa 或PN320 公稱壓力32MPa 的高壓角式截止閥或高壓角式節(jié)流閥。
        6、氧化鋁拜耳法生產(chǎn)中的脫硅車間、易結(jié)焦的管路上，易選用閥體分開式、閥座可去處的、硬質(zhì)合金密封副的直流式截止閥或直流式節(jié)流閥。
         7、城市建設中的供水、供熱工程上，公稱通經(jīng)較小的管路，可選用截止、平衡閥或柱塞閥，如公稱通經(jīng)小于150mm的管路上。

        優(yōu)點
        在開啟和關閉過程中，由于閥瓣于閥體密封面間的摩擦力比閘閥小，因而耐磨。 開啟高度一般僅為閥座通道直徑的1/4，因此比閘閥小的多。 通常在閥體和閥瓣上只有一個密封面，因而制造工藝性比較好，便于維修。
        公稱壓力或壓力級：PN1.0-16.0MPa、ANSI CLASS 150-900、JIS10-20K公稱通徑或口徑：DN10～500、NPS 1/2 ～36" 連接方式：法蘭、對焊、螺紋等適用溫度：-196℃～700℃ 驅(qū)動方式：、氣動、電動、液動、氣液聯(lián)動、閥體材料：WCB、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、CF8(304)、CF3(304L)、CF8M(316)、CF3M(316L)、Ti。選用不同的材質(zhì)，可分別適用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介質(zhì)、尿素等多種介質(zhì)。
 
        那么它的操作方式是怎么樣的呢？
 
        對于截止閥，不但要會安裝和維護，而且還要會操作。
        啟閉截止閥，用力應該平穩(wěn)，不可沖擊。某些沖擊啟閉的高壓截止閥各部件已經(jīng)考慮了這種沖擊力與一般截止閥不能等同。
        當截止閥全開后，應將手輪倒轉(zhuǎn)少許，使螺紋之間嚴緊，以免松動損傷。
管路初用時，內(nèi)部臟物較多，可將截止閥微啟，利用介質(zhì)的高速流動，將其沖走，然后輕輕關閉（不能快閉、猛閉，以防殘留雜質(zhì)夾傷密封面），再次開啟，如此重復多次，沖凈臟物，再投入正常工作。
 常開截止閥，密封面上可能粘有臟物，關閉時也要用上述方法將其沖刷干凈，然后正式關嚴。
如手輪、手柄損壞或丟失，應立即配齊，不可用活絡板手代替，以免損壞閥桿四方，啟閉不靈，以致在生產(chǎn)中發(fā)生事故。
        某些介質(zhì)，在截止閥關閉后冷卻，使閥件收縮，操作人員就應于適當時間再關閉一次，讓密封面不留細縫，否則，介質(zhì)從細縫高速流過，很容易沖蝕密封面。
        操作時，如發(fā)現(xiàn)操作過于費勁，應分析原因。若填料太緊，可適當放松，如閥桿歪斜，應通知人員修理。有的截止閥，在關閉狀態(tài)時，關閉件受熱膨脹，造成開啟困難；如必須在此時開啟，可將閥蓋螺紋擰松半圈至一圈，消除閥桿應力，然后板動手輪。

3、模型建立及模態(tài)分析

(1) 簡化模型

核一級截止閥尺寸小，質(zhì)量輕，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)和壓力邊界部分幾何形狀復雜，為了保證有限元計算的有效性和合理性，建立截止閥的計算模型時，對結(jié)構(gòu)和力學模型做一些必要的簡化。

①簡化對整個結(jié)構(gòu)的應力沒有影響的墊片和倒角。

②10種型號的截止閥進行有限元分析時，閥座的底端及螺栓孔處的節(jié)點6個自由度全被約束(X，Y，Z方向的移動和X，Y，Z方向的轉(zhuǎn)動) 。

(2) 網(wǎng)格劃分

在有限元計算過程中，截止閥采用十節(jié)點四面體三維單元，共劃分194 645個單元，26 214個節(jié)點(圖2) 。核一級截止閥的抗震分析圖2 截止閥有限元模型

(3) 固有頻率

表2 列出了截止閥的前四階固有頻率。圖3和圖4為截止閥的一階和二階固有頻率振型。表2 截止閥四階固有頻率Hz核一級截止閥的抗震分析核一級截止閥的抗震分析圖3 截止閥一階振型核一級截止閥的抗震分析圖4 截止閥二階振型

6、結(jié)語

經(jīng)過應力計算和抗震分析，核一級截止閥在地震工況下，整體及其重要部件閥瓣、閥體、閥桿和閥蓋等的計算zui大應力Pm均小于相應的設計溫度下的許用應力Sm，符合ASME的規(guī)范要求。評定表明，截止閥地震載荷下強度滿足要求，結(jié)構(gòu)設計安全。與本文相關的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥