閥體強度分析方法研究

1、1核級閥門閥體強度分析方法研究一、論文的目的和意義一、論文的目的和意義1.理論依據(jù)理論依據(jù)閥門中的閥體、閥蓋、閥瓣等零件均屬于承壓部件，計算時應(yīng)該遵守壓力容器設(shè)計法規(guī)。相比圓筒、球殼、封頭等壓力容器，閥體的結(jié)構(gòu)形狀相對復(fù)雜，計算時應(yīng)考慮的因素也比較多。目前，壓力容器設(shè)計所采用的標(biāo)準(zhǔn)有兩大類，一種是按規(guī)則進行設(shè)計（Designbyrule）通常稱為“規(guī)則設(shè)計”，即第一強度理論，以GB150為代表，經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)?shù)耐晟坪统墒?，同時有

2、數(shù)十年的安全使用業(yè)績作為支撐。另一種是按分析進行設(shè)計（Designbyanalysis）通常稱為“分析設(shè)計”，即第三強度理論作為基礎(chǔ)，以JB4732為代表，通常以有限元分析理論作為計算方法。傳統(tǒng)的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，它是以彈性失效理論為基礎(chǔ)，導(dǎo)出較為簡單的適合于工程應(yīng)用的計算公式，求出容器在載荷作用下的最大主應(yīng)力，將其限制在許用值以內(nèi)，即可確定容器的壁厚，對容器局部區(qū)域的應(yīng)力、高應(yīng)力區(qū)則以具體的結(jié)構(gòu)形式限制，在計算公式中引入適當(dāng)?shù)南禂?shù)或

3、降低許用應(yīng)力的方法等予以控制，對局部應(yīng)力集中，邊緣效應(yīng)或循環(huán)應(yīng)力等均不作計算，這是一種以彈性失效準(zhǔn)則按最大主應(yīng)力理論導(dǎo)出的，以長期實踐經(jīng)驗為依據(jù)而建立的一項標(biāo)準(zhǔn)，一般稱之為常規(guī)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。在標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的使用范圍內(nèi)，按標(biāo)準(zhǔn)要求所設(shè)計、制造的容器是安全可靠的。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，容器的使用條件以及對它的要求越來越嚴(yán)峻。從實踐中發(fā)現(xiàn)“常規(guī)設(shè)計”存在一些不能滿足設(shè)計要求之處，主要有：1.工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力分布大多數(shù)是不均勻的，由于試驗技術(shù)與計

4、算技術(shù)的發(fā)展，對于局部幾何不連續(xù)處按精確的彈性理論或有限元法所得到的應(yīng)力集中系數(shù)往往可達到310，此時，若按最大應(yīng)力點進入塑性就算失效就顯得過于保守，因為結(jié)構(gòu)上有很大的承載能力；若不考慮從應(yīng)力集中制按簡化公式進行設(shè)計又不安全，應(yīng)力集中區(qū)將可能出現(xiàn)裂紋。2.對于高溫情況，要把熱應(yīng)力控制在傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)允許的水平之下有時是做不到的，在高溫、高壓的容器中熱應(yīng)力與內(nèi)壓力之和已超過傳統(tǒng)的允許值，無論加厚或減薄壁厚均不能滿足傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)要求，因為二者對壁厚大

5、小的要求是相反的。對于一些彈性元件（如波紋管、膨脹節(jié)）對壁厚的要求也屬這類問題（強度與柔性的矛盾），若按常規(guī)設(shè)計的原則與方法，就無法得到合理的設(shè)計。3.在實際運行的設(shè)備中，出現(xiàn)的疲勞裂紋是反復(fù)加載條件下結(jié)構(gòu)的一種破壞形式?；谝淮蝺袅虞d分析的常規(guī)設(shè)計和產(chǎn)品水壓試驗都不能對此作出合理的評定與預(yù)防。3?閘閥的外伸機構(gòu)（包含支架、驅(qū)動機構(gòu)等部分）較長，固有頻率相對較低。在進行抗地震分析時，閘閥的固有頻率比較接近地震頻率，計算結(jié)果更加直觀，地

6、震應(yīng)變云圖比較接近通過抽象得出的結(jié)論。?針對此閘閥的設(shè)計圖紙，哈電閥門公司已經(jīng)生產(chǎn)制造出試驗樣機，即將按照ASMEQME1的標(biāo)準(zhǔn)進行真機的型式試驗鑒定。屆時，可將樣機的試驗結(jié)果同分析計算的結(jié)果進行對比，通過樣機的試驗數(shù)據(jù)驗證本文分析計算的結(jié)果是否真實、準(zhǔn)確。在國內(nèi)，已經(jīng)取得ASME認(rèn)證的閥門企業(yè)只有中核蘇閥和大連大高閥門公司。經(jīng)過了解，這兩家閥門廠的設(shè)計計算都是使用經(jīng)驗公式的方法進行設(shè)計，制造試驗樣機進行設(shè)計鑒定。而本文使用有限元的方法

7、進行分析，將填補國內(nèi)核級閥門分析計算的空白。在分析過程中，使用新版本的ANSYSWkbench12.0軟件進行計算。鑒于國內(nèi)介紹ANSYSWkbench的書籍較少，因此，本文在分析中較詳細(xì)的介紹了軟件的使用方法及操作步驟，也可為希望從事閥門有限元分析計算的工程師提供一個標(biāo)準(zhǔn)的分析計算模板。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司（以下簡稱哈鍋）隸屬于哈爾濱動力設(shè)備股份有

8、限公司，位于哈爾濱市香坊區(qū)三大動力路309號。哈鍋下屬的輔機容器設(shè)計開發(fā)處主要負(fù)責(zé)鍋爐低加、高加蓄熱器、除氧器和核電站汽水分離再熱器、除氧器、高加等輔助設(shè)備的設(shè)計開發(fā)。通過了解，輔機設(shè)計處使用ANSYS軟件進行設(shè)計開發(fā)已經(jīng)有十幾年的歷史，最早版本為ANSYS5.4，曾發(fā)表過《用ANSYS計算等徑三通熱應(yīng)力》等文獻和計算、驗證報告。在ASMEN認(rèn)證過程中，輔機設(shè)計處使用ANSYS軟件對模擬件進行了分析計算，使用ASMEIIINB分卷提供的

9、公式進行了設(shè)計驗證。現(xiàn)哈鍋已經(jīng)通過了美國ASME協(xié)會的聯(lián)檢并取得ASMEN認(rèn)證。2007年，哈鍋升級ANSYS軟件到ANSYSWkbench10.0版本。使用新軟件對秦山二期汽水分離再熱器（MSR）進行了設(shè)計計算，分析計算報告名稱為：《DesignReptFDrainTankOfQINSHANPhaseIIFNuclearPowerQINSHANJointVenture.Co.LTD》。分別評定了設(shè)計基準(zhǔn)、運行、緊急、水壓試驗四種工況，