之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍核一级截止阀规范应用有限元法的数值段，模拟包括地震在内的各种载荷作用，通过等效静力法对核一级截止阀进行应力分析，然后根据ASME 规范对各主要部件进行应力评定和强度校核，确定了阀门各部件结构在极限安全地震条件下满足强度要求，能够保证压力边界的完整性。

1、核一级截止阀规范概述

核级阀门作为核电站中重要的安全设备，要求能承受核电厂寿命期内的使用载荷和地震载荷，并能保持压力边界完整和不丧失功能。因此，在设计核安全级阀门样机时必须要进行应力计算和抗震分析。

本文根据EJ/T 1022.14-1996 和EJ/T1022.15-1996 及有关规定对核一级截止阀进行力学计算。采用Hyperworks 有限元分析软件包进行地震载荷下应力分析评定。

2、核一级截止阀规范结构和参数

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀截止阀主要由阀体、阀瓣、阀盖、阀杆、锁紧螺母、阀杆螺母和手柄等部件构成(图1，表1) 。截止阀属于强制密封式阀门，阀门关闭时，必须向阀瓣施加压力，以强制密封面不泄漏。截止阀开启时，阀瓣的开启高度为公称直径的25% ～30% 时。流量达到zui大，表示阀门已达全开位置。截止阀的全开位置，应由阀瓣的行程决定。阀门的安全级别为核一级，抗震类型为抗震I 类。表1 截止阀材料的力学性能核一级截止阀的抗震分析核一级截止阀的抗震分析图1 截止阀 1、高温、高压介质的管路或装置上宜选用截止阀。如火电厂、核电站，石油化工系统的高温、高压管路上。
        2、管路上对流阻要求不严的管路上。即对压力损失考虑不大的地方。
        3、小型阀门可选用针阀、仪表阀、取样阀、压力计阀等。
        4、有流量调节或压力调节，但对调节精度要求不高，而且管路直径又比较小，如公称通经≤50mm 的管路上，宜选用。
        5、合成工业生产中的小化肥和大化肥宜选用公称压力PN160 公称压力16MPa 或PN320 公称压力32MPa 的高压角式截止阀或高压角式节流阀。
        6、氧化铝拜耳法生产中的脱硅车间、易结焦的管路上，易选用阀体分开式、阀座可去处的、硬质合金密封副的直流式截止阀或直流式节流阀。
         7、城市建设中的供水、供热工程上，公称通经较小的管路，可选用截止、平衡阀或柱塞阀，如公称通经小于150mm的管路上。

        优点
        在开启和关闭过程中，由于阀瓣于阀体密封面间的摩擦力比闸阀小，因而耐磨。 开启高度一般仅为阀座通道直径的1/4，因此比闸阀小的多。 通常在阀体和阀瓣上只有一个密封面，因而制造工艺性比较好，便于维修。
        公称压力或压力级：PN1.0-16.0MPa、ANSI CLASS 150-900、JIS10-20K公称通径或口径：DN10～500、NPS 1/2 ～36" 连接方式：法兰、对焊、螺纹等适用温度：-196℃～700℃ 驱动方式：、气动、电动、液动、气液联动、阀体材料：WCB、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、CF8(304)、CF3(304L)、CF8M(316)、CF3M(316L)、Ti。选用不同的材质，可分别适用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介质、尿素等多种介质。
 
        那么它的操作方式是怎么样的呢？
 
        对于截止阀，不但要会安装和维护，而且还要会操作。
        启闭截止阀，用力应该平稳，不可冲击。某些冲击启闭的高压截止阀各部件已经考虑了这种冲击力与一般截止阀不能等同。
        当截止阀全开后，应将手轮倒转少许，使螺纹之间严紧，以免松动损伤。
管路初用时，内部脏物较多，可将截止阀微启，利用介质的高速流动，将其冲走，然后轻轻关闭（不能快闭、猛闭，以防残留杂质夹伤密封面），再次开启，如此重复多次，冲净脏物，再投入正常工作。
 常开截止阀，密封面上可能粘有脏物，关闭时也要用上述方法将其冲刷干净，然后正式关严。
如手轮、手柄损坏或丢失，应立即配齐，不可用活络板手代替，以免损坏阀杆四方，启闭不灵，以致在生产中发生事故。
        某些介质，在截止阀关闭后冷却，使阀件收缩，操作人员就应于适当时间再关闭一次，让密封面不留细缝，否则，介质从细缝高速流过，很容易冲蚀密封面。
        操作时，如发现操作过于费劲，应分析原因。若填料太紧，可适当放松，如阀杆歪斜，应通知人员修理。有的截止阀，在关闭状态时，关闭件受热膨胀，造成开启困难；如必须在此时开启，可将阀盖螺纹拧松半圈至一圈，消除阀杆应力，然后板动手轮。

3、模型建立及模态分析

(1) 简化模型

核一级截止阀尺寸小，质量轻，但内部结构和压力边界部分几何形状复杂，为了保证有限元计算的有效性和合理性，建立截止阀的计算模型时，对结构和力学模型做一些必要的简化。

①简化对整个结构的应力没有影响的垫片和倒角。

②10种型号的截止阀进行有限元分析时，阀座的底端及螺栓孔处的节点6个自由度全被约束(X，Y，Z方向的移动和X，Y，Z方向的转动) 。

(2) 网格划分

在有限元计算过程中，截止阀采用十节点四面体三维单元，共划分194 645个单元，26 214个节点(图2) 。核一级截止阀的抗震分析图2 截止阀有限元模型

(3) 固有频率

表2 列出了截止阀的前四阶固有频率。图3和图4为截止阀的一阶和二阶固有频率振型。表2 截止阀四阶固有频率Hz核一级截止阀的抗震分析核一级截止阀的抗震分析图3 截止阀一阶振型核一级截止阀的抗震分析图4 截止阀二阶振型

6、结语

经过应力计算和抗震分析，核一级截止阀在地震工况下，整体及其重要部件阀瓣、阀体、阀杆和阀盖等的计算zui大应力Pm均小于相应的设计温度下的许用应力Sm，符合ASME的规范要求。评定表明，截止阀地震载荷下强度满足要求，结构设计安全。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀