1、1核級(jí)閥門閥體強(qiáng)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(jì)算時(shí)應(yīng)該遵守壓力容器設(shè)計(jì)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(duì)復(fù)雜，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮的因素也比較多。目前，壓力容器設(shè)計(jì)所采用的標(biāo)準(zhǔn)有兩大類，一種是按規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)（Designbyrule）通常稱為“規(guī)則設(shè)計(jì)”，即第一強(qiáng)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(shí)有

2、數(shù)十年的安全使用業(yè)績(jī)作為支撐。另一種是按分析進(jìn)行設(shè)計(jì)（Designbyanalysis）通常稱為“分析設(shè)計(jì)”，即第三強(qiáng)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(jì)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(jiǎn)單的適合于工程應(yīng)用的計(jì)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(duì)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(jì)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(duì)局部應(yīng)力集中，邊緣效應(yīng)或循環(huán)應(yīng)力等均不作計(jì)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(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)而建立的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，一般稱之為常規(guī)設(shè)計(jì)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(jì)、制造的容器是安全可靠的。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，容器的使用條件以及對(duì)它的要求越來越嚴(yán)峻。從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)“常規(guī)設(shè)計(jì)”存在一些不能滿足設(shè)計(jì)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(yàn)技術(shù)與計(jì)

4、算技術(shù)的發(fā)展，對(duì)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(dá)到310，此時(shí)，若按最大應(yīng)力點(diǎn)進(jìn)入塑性就算失效就顯得過于保守，因?yàn)榻Y(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(jiǎn)化公式進(jìn)行設(shè)計(jì)又不安全，應(yīng)力集中區(qū)將可能出現(xiàn)裂紋。2.對(duì)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(shí)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?yàn)槎邔?duì)壁厚大

5、小的要求是相反的。對(duì)于一些彈性元件（如波紋管、膨脹節(jié)）對(duì)壁厚的要求也屬這類問題（強(qiáng)度與柔性的矛盾），若按常規(guī)設(shè)計(jì)的原則與方法，就無法得到合理的設(shè)計(jì)。3.在實(shí)際運(yùn)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。基于一次凈力加載分析的常規(guī)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品水壓試驗(yàn)都不能對(duì)此作出合理的評(píng)定與預(yù)防。3?閘閥的外伸機(jī)構(gòu)（包含支架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分）較長(zhǎng)，固有頻率相對(duì)較低。在進(jìn)行抗地震分析時(shí)，閘閥的固有頻率比較接近地震頻率，計(jì)算結(jié)果更加直觀，地

6、震應(yīng)變?cè)茍D比較接近通過抽象得出的結(jié)論。?針對(duì)此閘閥的設(shè)計(jì)圖紙，哈電閥門公司已經(jīng)生產(chǎn)制造出試驗(yàn)樣機(jī)，即將按照ASMEQME1的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行真機(jī)的型式試驗(yàn)鑒定。屆時(shí)，可將樣機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果同分析計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過樣機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證本文分析計(jì)算的結(jié)果是否真實(shí)、準(zhǔn)確。在國(guó)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(jì)計(jì)算都是使用經(jīng)驗(yàn)公式的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，制造試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)鑒定。而本文使用有限元的方法

7、進(jìn)行分析，將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)核級(jí)閥門分析計(jì)算的空白。在分析過程中，使用新版本的ANSYSWkbench12.0軟件進(jìn)行計(jì)算。鑒于國(guó)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(jì)算的工程師提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的分析計(jì)算模板。二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀二、國(guó)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(jiǎn)稱哈鍋）隸屬于哈爾濱動(dòng)力設(shè)備股份有

8、限公司，位于哈爾濱市香坊區(qū)三大動(dòng)力路309號(hào)。哈鍋下屬的輔機(jī)容器設(shè)計(jì)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(jì)開發(fā)。通過了解，輔機(jī)設(shè)計(jì)處使用ANSYS軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)算等徑三通熱應(yīng)力》等文獻(xiàn)和計(jì)算、驗(yàn)證報(bào)告。在ASMEN認(rèn)證過程中，輔機(jī)設(shè)計(jì)處使用ANSYS軟件對(duì)模擬件進(jìn)行了分析計(jì)算，使用ASMEIIINB分卷提供的

9、公式進(jìn)行了設(shè)計(jì)驗(yàn)證?，F(xiàn)哈鍋已經(jīng)通過了美國(guó)ASME協(xié)會(huì)的聯(lián)檢并取得ASMEN認(rèn)證。2007年，哈鍋升級(jí)ANSYS軟件到ANSYSWkbench10.0版本。使用新軟件對(duì)秦山二期汽水分離再熱器（MSR）進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，分析計(jì)算報(bào)告名稱為：《DesignReptFDrainTankOfQINSHANPhaseIIFNuclearPowerQINSHANJointVenture.Co.LTD》。分別評(píng)定了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、運(yùn)行、緊急、水壓試驗(yàn)四種工況，