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.理論依據理論依據閥門中的閥體、閥蓋、閥瓣等零件均屬于承壓部件，計算時應該遵守壓力容器設計法規(guī)。相比圓筒、球殼、封頭等壓力容器，閥體的結構形狀相對復雜，計算時應考慮的因素也比較多。目前，壓力容器設計所采用的標準有兩大類，一種是按規(guī)則進行設計（Designbyrule）通常稱為“規(guī)則設計”，即第一強度理論，以GB150為代表，經過多年的發(fā)展已經相當?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計（Designbyanalysis）通常稱為“分析設計”，即第三強度理論作為基礎，以JB4732為代表，通常以有限元分析理論作為計算方法。傳統(tǒng)的壓力容器標準與規(guī)范，它是以彈性失效理論為基礎，導出較為簡單的適合于工程應用的計算公式，求出容器在載荷作用下的最大主應力，將其限制在許用值以內，即可確定容器的壁厚，對容器局部區(qū)域的應力、高應力區(qū)則以具體的結構形式限制，在計算公式中引入適當?shù)南禂?shù)或

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

4、算技術的發(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力集中系數(shù)往往可達到310，此時，若按最大應力點進入塑性就算失效就顯得過于保守，因為結構上有很大的承載能力；若不考慮從應力集中制按簡化公式進行設計又不安全，應力集中區(qū)將可能出現(xiàn)裂紋。2.對于高溫情況，要把熱應力控制在傳統(tǒng)標準允許的水平之下有時是做不到的，在高溫、高壓的容器中熱應力與內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)標準要求，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)設計的原則與方法，就無法得到合理的設計。3.在實際運行的設備中，出現(xiàn)的疲勞裂紋是反復加載條件下結構的一種破壞形式?；谝淮蝺袅虞d分析的常規(guī)設計和產品水壓試驗都不能對此作出合理的評定與預防。3?閘閥的外伸機構（包含支架、驅動機構等部分）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，計算結果更加直觀，地

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

7、進行分析，將填補國內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。鑒于國內介紹ANSYSWkbench的書籍較少，因此，本文在分析中較詳細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準的分析計算模板。二、國內外研究現(xiàn)狀二、國內外研究現(xiàn)狀哈爾濱鍋爐廠有限責任公司哈爾濱鍋爐廠有限責任公司哈爾濱鍋爐廠有限責任公司（以下簡稱哈鍋）隸屬于哈爾濱動力設備股份有

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計開發(fā)處主要負責鍋爐低加、高加蓄熱器、除氧器和核電站汽水分離再熱器、除氧器、高加等輔助設備的設計開發(fā)。通過了解，輔機設計處使用ANSYS軟件進行設計開發(fā)已經有十幾年的歷史，最早版本為ANSYS5.4，曾發(fā)表過《用ANSYS計算等徑三通熱應力》等文獻和計算、驗證報告。在ASMEN認證過程中，輔機設計處使用ANSYS軟件對模擬件進行了分析計算，使用ASMEIIINB分卷提供的

9、公式進行了設計驗證。現(xiàn)哈鍋已經通過了美國ASME協(xié)會的聯(lián)檢并取得ASMEN認證。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）進行了設計計算，分析計算報告名稱為：《DesignReptFDrainTankOfQINSHANPhaseIIFNuclearPowerQINSHANJointVenture.Co.LTD》。分別評定了設計基準、運行、緊急、水壓試驗四種工況，