核级直通式隔膜阀设计.pdf

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1、上海神通企业发展有限公司(200333)施伟明赵良才【摘要】阐述了核安全二级直通式隔膜阀的设计计算，论述了如何按照RCC—M规范的要求对地震情况下阀门的整体结构和阀体及连接螺栓进行抗震分析，以确保阀门在安全状态下的使用。【关键词】核安全级直通式隔膜阀设计计算抗震分析RCC—M一，前言核二级手动直通式隔膜阀(以下简称直通式隔膜阀)是压水堆核电站重要装置之一，属于核安全二级阀门。因其设计、制造、检验等各环节上的要求均高于普通阀门，目前我国核电站核岛一回路、二回路中绝大部分的隔膜阀仍从国外进口。本文旨在通过对阀门承压件的分析研究，理论上总结出直通式隔膜阀如何在地震状态下保持

2、压力边界完整性，并对其进行技术论证，就此能对我国阀门行业在核级领域中的设计水平具有一定的推进作用。二．工作原理特点及设计要求直通式隔膜阀由阀体、隔膜及手动启闭机构三部分组成，如图1所示。通过旋转手轮，将其圆周力转换为阀杆的轴向力，带动隔膜在轴向位置进行上、下移动，进而脱离或压紧阀体密封面，达到启闭的作用。直通式隔膜阀具有流通面积大，流阻很小，介质通过时几乎不产生压降；特殊的流线型设计流道能使过流介质不道用祝耱蒯造GM61M胁l『l咖cm阳易残存在密封面或流道内。阀杆通过隔膜的阻断与介质完全隔离，有效避免介质对阀杆及周边内件的侵蚀，同时阻断介质向上泄漏的可能；无需使用填

3、料函机构，大大降低了启闭力矩，使结构更紧凑。设计同时考虑在线维修，对于直通式隔膜阀来说，更换膜片相当于更换一台新的阀门，在更换过程中，只需取下阀盖即可更换膜片，将停机损失降低至最小。考虑在地震载荷(ssE)作用下，阀门能够继续维持其结构和承压边界的完整性及良好的工作特性，对核级阀门提出抗震设计的要求并对其实施有效的论证和分析，综合评价阀门的受力状态。图1直通式隔膜阀三、应力计算与评定1．工况确定运行工况如下：伽蕾用栅簟2014年第2期www．e蜘x．com伽通用机械制造GMMnn心Ic饥re1)在20℃时的最大许用工作压力2．OMPa。2)在120℃时的最大许用工作压

4、力1．652MPa，考虑到隔膜在该温度下的最大工作压力仅为1．6MPa，因此综合下来在120℃下的阀门最大许用工作压力为1．6MPa。设计工况需要考虑载荷，见下表。载荷表载荷情况地震情况压力1nOne1．1×最大许用工作压力21，2SSE1．1×最大许用工作压力3SSE1．2×最大许用工作压力考虑到最大程度的地震载荷，为了保证阀门在此条件下能够保证承压边界的完整性及良好的工作特性，设计压力取1．2倍的最大工作压力。即p。=1．92MPa。试验压力为最大工作压力的1．5倍，即p。=2．4MPa。2．阀体应力分析(1)确定最小壁厚在A截面处的最小壁厚(如图2所示)从颈部外

5、表面沿流动方向偏移一个壁厚f。的距离，获得A点；通过A点做一截面，在该处的壁厚r。应不小于阀体的最小壁厚f。，即丁。≥f。。在丑截面处的最小壁厚(如图2所示)在阀体末端沿流动方向偏移一个厚度为1．33f。的距离，获得B点；通过曰点做一截面，在该处的壁厚％应不小于0．77f。，即％≥0．77f。。。磁／／／似形／／／／／／／，旺／／／A够J弋厂R完777耖受之壶7乃芹l』-占图2最小壁厚(2)拐角区一次薄膜应力(0级或A级判定准则)根据Rcc—Mc3552．1，拐角区最大一次薄膜应力由采用压力面积法确定流体面积A，和金属面积A。，并得到拐角区的总体一次薄膜应力强度为仃。

6、=(A／A。+O．5)p。(1)式中p。——设计工况下的计算压力，单位为MPa；．孓一阀体材料在260℃下的基本许用应力，单位GM暖用棚誓Ⅵww．e确x．com2014年第2期为MPa，应满足盯。

7、直径，单位为mm。为安全考虑，准静态分析需要考虑作用于三个轴向上的最大加速度，而地震载荷各自分布于三个轴向上(如图3所示)，并且只；=瓦=只：(3)式中F。，、F。，、F。：——作用于x、)，、z轴向上的垂直地震力，单位为N。图3地震载荷分布为确定最大转矩％，需做如下假设：阀门整体被模拟为等截面简化梁；该简化梁在受到张力和压力的作用下表现出等同的材质性及相同的弹性模量，这种特性在长度方向上表现出线性，但在宽度方向上却是非线性的；所有载荷的作用力及反作用力都垂直于y轴所在的平面。由此，阀门可以被认为是以阀体为基体，总高等效于y。，并由外力作用于G点的模