核级大口径电动闸阀抗震性能的研究

2018-10-10汤晓刚孙佳丽高志岗杨理烽

中国核电 2018年3期

刘平,汤晓刚,孙佳丽,高志岗,杨理烽,张卫

(1.中核苏阀科技实业股份有限公司,江苏苏州 215151;2.中国核电工程有限公司,北京 100840)

福岛核电站泄漏事故,不仅让全世界对核电安全性有所质疑,也让各国开始重新审视各自的核安全状况。我国提升了核电的安全标准,在研发和生产核电设备时,要求必须进行抗震能力评估,确保核电设备在遇到如地震等重大事故时能保持结构完整。

1 抗震要求

核电阀门作为核电站中重要的安全设备,必须能承受核电站寿命内的使用载荷和地震载荷,三代核电 “华龙一号”规定有抗震要求的阀门应能够满足SL-1(运行基准地震动)在3个方向同时作用4.8g,SL-2(极限安全地震动)在3个方向同时作用6g的要求,且阀门的一阶固有频率应大于33 Hz。

2 大口径电动闸阀抗震特性

大口径电动闸阀具有行程大,启闭力矩大的特点,导致选取的电动执行机构具有力矩大和质量重的特点。

对于有抗震要求的大口径电动闸阀,保证其抗震性能的措施主要有以下几个方面:

1)降低分块及整机重心和高度;

2)增大各分块截面的转动惯量;

3)增大危险截面面积、抗弯模量和抗扭模量。

3 采用卡箍形式连接的应用实例

如 “华龙一号”主给水隔离阀 (见图1)公称通径:DN450、公称压力:900 Lb,属于大口径电动高压闸阀,中腔连接处采用卡箍形式连接[1-2]。

图1 主给水隔离阀Fig.1 Main feedwater isolation valves

其行程为384 mm,启闭力矩为4 280 N.m,整机高度达到2 483 mm,且电动执行机构的重量达到479 kg,这对阀门的抗震性能的保证提出了很高的要求。

4 卡箍与传统中法兰连接对比分析

4.1 理论分析

中腔连接采用卡箍形式连接 (见图2)和中法兰形式连接 (见图3),分别从整机高度、重量、纵向重心和危险截面转动惯量4个方面进行了对比分析,具体数据见表1～表4。

图2 卡箍分型面Fig.2 Dangerous section of hoop structure

图3 法兰分型面Fig.3 Dangerous section of flange structure

表1 整机高度对比Table 1 Height comparison

表2 整机及主要零件重量对比Table 2 Weight comparison

表3 纵向重心尺寸对比Table 3 Longitudinal center of gravity comparison

表4 危险截面转动惯量对比Table 4 Rotary inertia of dangerous section comparison

由表1～表4可以得知,主给水隔离阀中腔处采用卡箍连接相较于传统中法兰连接降低了整机高度,减轻了整机的重量,降低了分块和整机的重心,增大了危险截面转动惯量,且通过理论计算卡箍结构一阶固有频率为45 Hz,传统中法兰结构一阶固有频率为41 Hz。即从理论分析角度可以得出主给水隔离阀中腔采用卡箍结构的固有频率大于传统中法兰结构的固有频率,更有利于保证阀门的抗震性能[3]。

4.2 有限元分析

分析模型为主给水隔离阀中腔采用卡箍 (见图4)和中法兰 (见图5)结构的两个模型,将电动执行机构设置为一个质点,并设置阀门进出口端的约束条件为固定约束,再对两个模型分别进行网格划分,卡箍结构主给水隔离阀划分后的网格单元数为72 104,节点数为118 984;中法兰结构主给水隔离阀划分后的网格单元数为49 899,节点数为86 876。