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之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹核一級(jí)截止閥規(guī)范應(yīng)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(guò)等效靜力法對(duì)核一級(jí)截止閥進(jìn)行應(yīng)力分析，然后根據(jù)ASME 規(guī)范對(duì)各主要部件進(jìn)行應(yīng)力評(píng)定和強(qiáng)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(qiáng)度要求，能夠保證壓力邊界的完整性。

1、核一級(jí)截止閥規(guī)范概述

核級(jí)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(jì)核安全級(jí)閥門樣機(jī)時(shí)必須要進(jìn)行應(yīng)力計(jì)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(duì)核一級(jí)截止閥進(jìn)行力學(xué)計(jì)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(píng)定。

2、核一級(jí)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(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)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(qiáng)制密封式閥門，閥門關(guān)閉時(shí)，必須向閥瓣施加壓力，以強(qiáng)制密封面不泄漏。截止閥開啟時(shí)，閥瓣的開啟高度為公稱直徑的25% ～30% 時(shí)。流量達(dá)到zui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(jí)別為核一級(jí)，抗震類型為抗震I 類。表1 截止閥材料的力學(xué)性能核一級(jí)截止閥的抗震分析核一級(jí)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(duì)流阻要求不嚴(yán)的管路上。即對(duì)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(jì)閥等。
        4、有流量調(diào)節(jié)或壓力調(diào)節(jié)，但對(duì)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(shè)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(diǎn)
        在開啟和關(guān)閉過(guò)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(gè)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(jí)：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(duì)焊、螺紋等適用溫度：-196℃～700℃ 驅(qū)動(dòng)方式：、氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)、氣液聯(lián)動(dòng)、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(duì)于截止閥，不但要會(huì)安裝和維護(hù)，而且還要會(huì)操作。
        啟閉截止閥，用力應(yīng)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(dāng)截止閥全開后，應(yīng)將手輪倒轉(zhuǎn)少許，使螺紋之間嚴(yán)緊，以免松動(dòng)損傷。
管路初用時(shí)，內(nèi)部臟物較多，可將截止閥微啟，利用介質(zhì)的高速流動(dòng)，將其沖走，然后輕輕關(guān)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(fù)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(guān)閉時(shí)也要用上述方法將其沖刷干凈，然后正式關(guān)嚴(yán)。
如手輪、手柄損壞或丟失，應(yīng)立即配齊，不可用活絡(luò)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(guān)閉后冷卻，使閥件收縮，操作人員就應(yīng)于適當(dāng)時(shí)間再關(guān)閉一次，讓密封面不留細(xì)縫，否則，介質(zhì)從細(xì)縫高速流過(guò)，很容易沖蝕密封面。
        操作時(shí)，如發(fā)現(xiàn)操作過(guò)于費(fèi)勁，應(yīng)分析原因。若填料太緊，可適當(dāng)放松，如閥桿歪斜，應(yīng)通知人員修理。有的截止閥，在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉件受熱膨脹，造成開啟困難；如必須在此時(shí)開啟，可將閥蓋螺紋擰松半圈至一圈，消除閥桿應(yīng)力，然后板動(dòng)手輪。

3、模型建立及模態(tài)分析

(1) 簡(jiǎn)化模型

核一級(jí)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(jì)算的有效性和合理性，建立截止閥的計(jì)算模型時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)和力學(xué)模型做一些必要的簡(jiǎn)化。

①簡(jiǎn)化對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力沒有影響的墊片和倒角。

②10種型號(hào)的截止閥進(jìn)行有限元分析時(shí)，閥座的底端及螺栓孔處的節(jié)點(diǎn)6個(gè)自由度全被約束(X，Y，Z方向的移動(dòng)和X，Y，Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)) 。

(2) 網(wǎng)格劃分

在有限元計(jì)算過(guò)程中，截止閥采用十節(jié)點(diǎn)四面體三維單元，共劃分194 645個(gè)單元，26 214個(gè)節(jié)點(diǎn)(圖2) 。核一級(jí)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(jí)截止閥的抗震分析核一級(jí)截止閥的抗震分析圖3 截止閥一階振型核一級(jí)截止閥的抗震分析圖4 截止閥二階振型

6、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)應(yīng)力計(jì)算和抗震分析，核一級(jí)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(jì)算zui大應(yīng)力Pm均小于相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力Sm，符合ASME的規(guī)范要求。評(píng)定表明，截止閥地震載荷下強(qiáng)度滿足要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥