應(yīng)用有限元法的數(shù)值仿真手段，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(jìn)行應(yīng)力分析，然后根據(jù)ASME 規(guī)范對各主要部件進(jìn)行應(yīng)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、概述

　　核級閥門作為核電站中重要的安全設(shè)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(shè)計核安全級閥門樣機時必須要進(jìn)行應(yīng)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(guān)規(guī)定對核一級截止閥進(jìn)行力學(xué)計算。采用Hyperworks 有限元分析軟件包進(jìn)行地震載荷下應(yīng)力分析評定。

　　2、結(jié)構(gòu)和參數(shù)

　　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(guān)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(dá)到最大，表示閥門已達(dá)全開位置。截止閥的全開位置，應(yīng)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(xué)性能

圖1 截止閥

　　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(fù)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(xué)模型做一些必要的簡化。

　�、俸喕瘜φ麄�結(jié)構(gòu)的應(yīng)力沒有影響的墊片和倒角。

　�、�10種型號的截止閥進(jìn)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) 。

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

圖3 截止閥一階振型

圖4 截止閥二階振型

　　6、結(jié)語

　　經(jīng)過應(yīng)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最大應(yīng)力Pm均小于相應(yīng)的設(shè)計溫度下的許用應(yīng)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(shè)計安全。