核电厂安全阀排汽激振分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第26卷第3期核动力工程、b1．26．No．32OO5年6月NuclearPowerEngineeringJun．2005文章编号：0258．O926(2005)03．0277．04核电厂安全阀排汽激振分析谭平，王斌2(1．东南大学振动中心，南京，210096；2．江苏省电力设计院．南京．210024)摘要：对安全阀排汽激发的管系振动进行了研究，分析了安全阀激振的原因．利用有限元方法对管系进行了建模，模型中考虑了管道、支承、吊架等因素的影响。用安全阀排汽推

2、力作为激励力，计算出了安全阀排汽激发的管系动力响应幅值。计算结果表明安全阀排汽能产生很大的管系的动应力，与现场观测结果一致。在管道设计时有必要考虑排汽激振影响，最后提出了消除排汽激振影响的措施。关键词：管道；振动；阀门；排汽中图分类号：TM365；TB123文献标识码：A1前言种原因，通过安全阀的排量大于该时刻的紧急排安全阀广泛用于核电站压力容器、压力管路量，则系统中的压力将下降，并达到安全阀的回座压力。这时安全阀虽然关闭了，但产生紧急排系统中。目前最常用的是弹簧直接载荷式安全阀，其原理是阀瓣在弹簧力的

3、作用下与阀座形成密量的原因并未消除，导致压力重新升高，安全阀再次开启，于是，阀瓣和弹簧开始振动。封，当阀瓣下方的内部流体压力产生的升力超过另外，在进口管道压降过大，通过安全阀的阀瓣上方的弹簧力时，阀瓣自动向上升起，开始排放流量小于安全阀的排放能力，安全阀将重复排汽泄压⋯。地开启，泄放压力，又重新关闭。于是，阀瓣开安全阀的动作过程实际上是力的平衡过程，始振动。当在某一阶段出现力的不平衡时，就会导致阀瓣2_2．2弹簧刚度安全阀的开启高度依赖于介的反复开启关闭，从而发生安全阀的振动。由于质的反冲力。弹簧刚度过

4、大时，反冲力无法克服安全阀的动作，蒸汽管系的压力往往是非定常的，弹簧力使其达到设定的开启高度，安全阀无法达它能导致管系振动而使管系受损。本文从安全阀到全排放，这样会导致安全阀刚一开启就回座，排汽管系的设计和布置角度出发，分析了安全阀形成振动。如果弹簧刚度过小，则安全阀的回座产生频跳的原因，并提出了一些解决的方法。压力将很低。2安全阀排汽管系2．1安全阀排汽管系的结构图1为安全阀排汽管系图，其中节点55、90是安全阀，当管系中汽体压力超过额定值，安全阀自动开启排汽泄压，向上排出的蒸汽在节点65及100处产

5、生向下的推力，从而引起整个管系振动。2．2安全阀产生振动的原因图1安全阀排汽管系2．2．1排放能力超过进入的介质流量由于某Fig．1ReliefValveExhaustPipeline收稿日期：2004-04-19；修回日期：2005．01．17基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(编号：G19998020300)维普资讯http://www.cqvip.com核动力工程Vb1．26．No．3．20052．2．3阀门开启时阀瓣上方体腔中出现大的背表1安全阀排汽推力输入数据压安全阀阀瓣上方体腔在安全阀开

6、启时产生的参数名参数值背压也能导致阀瓣的振动。管线温度，℃3422．2．4外界的动态干扰这主要是指出口管道管线压力／kPa3lO2的振动以及进、出口管道中的压力脉动。当振动泄放阀孔板内径，cm6．12载荷的频率接近安全阀运动零件的固有振动频率泄放阀管系内径／cm14．63放空管管系内径／cm20．22时，带来的危害最大。放空管的长度／m2．2气体比热(，空气=l_4)l_33理论模型气体常数(，空气=285．2)46l安全阀排汽管道、管径与管长之比通常很放空管与泄放阀出口管是否是伞状连接Y小，同一截面上

7、各点流体参数(压力、密度、速度是否由CAESARI]计算放空管尺寸Y等)可以看成相等。流体各参数除了与流体在管道表2安全阀排汽推力输出数据中所处的位移位置有关外还与时间有关，这样安Table2OutputDateofReliefExhaustForce全阀及其排汽管道中的流体运动理论模型是一维参数名参数值非定常流动【2】。安全阀管系振动计算采用空间梁计算气体质量流量／kg·h41138．69l模型，其流体运动控制方程为(1)式，安全阀的排泄放阀管系，放空管管系界面力，N15985．U3放空管管系出口推力

8、，N8U8．457汽反力根据方程(1)求出。泄放阀开启，压力瞬态变~f．Pa525．O84泄放阀关闭，压力瞬态变~g／kl'a385．1O2害未=f『．0]f(1)热力学熵限值(应该>1)1．儿7亚声速放空管出口限值(应该>1)1．546【-J3-2管系排汽振动计算式中，、、分别为X截面t瞬时的流体压图2是电厂安全阀蒸汽管系图，管系节点5力、密度、速度；为单位流体质量所受的摩擦处固支，节点30、45处受到Y、Z向约束，节点力，它与速度的平方