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核级阀门的疲劳分析

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核级阀门的疲劳分析 岳彭1，王砚军2，刘金梁2，王忠诚2， （1.海军驻哈尔滨某军代表室；2.哈电集团哈尔滨电站阀门有限公司，哈尔滨150046） 摘要：本文使用AWE Fatigue软件,应用ASME法规第Ⅲ卷,对核级止回阀进行了疲劳强度分析。考核了压力载荷的变化对阀体疲劳寿命所产生的影响。 

关键词：AWE Fatigue；核级阀门；疲劳分析 

FATIGUE ANALYSIS OF THE NUCLEAR VALVE YUE Peng1,WANG Yan‐jun2,LIU Jin‐liang2,WANG Zhong‐cheng2, (1. Representative Department for forming complete sets of Naval Ships in the Area of Haerbin;2. HE Haerbin Power Plant Valve Company Limited,haerbin,150046) 

Abstract:In this article,analysis of fatigue strength for nuclear valve and the load change’s effect on the fatigue life of the valve body has been carried out with AWE fatigue software and ASME Ⅲ code. 

Key words: AWE Fatigue；nuclear valve；fatigue analysis 

1．概述  长期以来，核级阀门产品的疲劳可靠性一直为人们关注的焦点。每年因结构疲劳失效，大量产品在其有效寿命期内报废，由于疲劳破坏而造成的恶性事故也时有出现，因此许多阀门生产企业将耐久性定为产品质量控制的重要指标之一。ASME法规第Ⅲ卷和第Ⅷ卷第2部分也对疲劳分析做出了详细的规定。 

在传统的设计过程中，阀门产品的疲劳寿命通常通过实验样机的耐久性试验得到，不但耗资巨大，而且许多与失效相

关的参数也不可能在试验中得出，实验结论也受许多偶然因素的影响。近年来，随着计算机技术发展而诞生的现代设计技术，可以使企业以较低的成本设计出高耐久性产品成为可能。例如，在产品设计阶段采用ANSYS Workbench软件的Fatigue插件（以下简称：AWE Fatigue）,可在实验样机制造之前对阀门产品进行疲劳分析和优化设计，预测产品的寿命，实现产品等寿命周期设计。 

本文使用AWE Fatigue软件，结合ASME法规第Ⅲ章，以核级止回阀阀体为例进行了详细的疲劳分析计算，同时提供了使用有限元方法对核级阀门进行疲劳分析的弹 󰂀 󰂀 󰂀 󰂀 󰂀 󰂀 2.导 条内Desi何模缩短究对析的设计计算弹塑性假设和核级止回阀核安全级别公称通径：压力等级：工作温度：使用寿命：阀体材料：图1 核导入几何模启动AWE/内的GeometignModeler模型“body.*短计算时间，对象。零件图算方法。计算和Miner疲劳阀参数如下：别：核一级 2’ Class1500 <150℃ >2000次 SA182‐F321核一级止回阀模型 /Simulation。try/From File或其它三维*”。为节约选取阀体的图形如图2所算中采用简化劳累积损伤准 1H 阀模型 选择特定工e选项。导入维软件创建的约计算机资源的一半作为研所示。 2 / 5 化了准则。 

 工具入的几源及研

3.添 赋予 中，Eng的弹数。Stre“m4.网网格选择“r口交值为入口析关点为添加材料 在model/予材料属性。 在definitio选择New gineering Dat弹性模量、泊。特别强调，ess”曲线，missing stres网格化分在model/格尺寸命令择整个阀体，在model/refinement”交界面的上顶为3。 按照工程实口交界面处会关注的焦点。为球心，对附图2阀体模型信息 /Geomrtry/b。 on/material/Material选ta对话框，泊松比、S‐N，必须输入否则在疲劳s life curve” /mesh中，单“Sizing”；，指定网格尺/mesh中，单命令，选取顶点，同时定实际经验，会产生峰值应。因此，以图附近的网格进型 ody中，为材/Structrual s项，打开输入阀体材疲劳曲线等“Alternatin劳分析中会报”。 单击右键，激在属性菜单尺寸为4mm单击右键，激取阀体中腔与定义refinem阀体中腔与应力，是疲2中指示的进行refinemA 材料

teel材料等参ng 报错

激活单中，m。 

激活与出ment

与出、劳分“A”ment细化格化5.选束 Stru在S“fix入口 活“的阀 活“作压6.设6.1择In剪应力。化，以提高疲化分结果如图图选择分析类 选择结构静uctural”; Static Structuxed suppo口施加固定约在Static St“Frictionless阀门中截面上在Static St“Pressure”压力20.3MPa设定求解参在Static Strunsert/Stress 应力理论（Tr以寻找阀体疲劳分析结果图3所示。 3网格化分结类型并添加静力学分析ural中，单击rt”命令，在约束； ructural中，s Support”命上施加对称面ructural中，命令，在阀a。 参数 uctural中，Intensity选resca强度准体峰值应力出A 果的精确度。结果 加载荷与“Static 击右键，激活在阀门的出单击右键，命令，在刨开面约束； 单击右键，阀体内腔施加单击右键，选项，插入最准则）的SINT出现的位置。 3 / 5 。网 与约活、激开激加工选最大T应。 6.2择疲劳6.2Fac数k据设计得到要的进行种情过精件通如此种种和轧的裂荷作后导6.2现做在Static StrInsert/Fatigu劳分析的参数图4疲.1 Materiactor(Kf)：0.8kf󰵌光滑试件的缺口试件的S‐N曲线进行计的可靠性不到充分的保证的受力构件，行设计，仍然情况的主要原精心抛光并无通过试验得出此，经过加工种原因，例如轧制缺陷、腐裂纹，含有这作用时，表面导致灾难性的.2 Loading做详细的解释ructural中，ue/Fatigue T数设置。 疲劳分析参数ls/Fatigue St8。Kf表示疲的疲劳强度S󰭣的疲劳强度S󰭬。行设计和选择不能因为有证。在实践，即使是在考然产生过早原因是S‐N曲无任何宏观裂出来的。但是工和使用过程如非金属夹渣腐蚀坑等都会这种裂纹的构面裂纹会立即的破坏。 /Type中主要释：描述一个单击右键，ool选项，进数设置 trength 疲劳强度削弱。一般构件是择材料的，但了S‐N曲线中发现，对考虑安全系的破坏。出现曲线是用表面裂纹的光滑是实际情况程中的构件渣、气泡、锻会存在各种构件承受交变即开始扩展要有四个选项个常幅疲劳载选进行

 弱系是根但是就会于重数后现这面经试并非由于锻造形式变载，最

项，载荷 4 / 5  

谱需要两个参数，设最大应力为Smax和最小应力为Smin，定义“应力比”R󰵌S󰭫󰭧󰭬S󰭫󰭟󰭶。 

󰂀 Zero‐Based：R=0的脉动循环载荷，常用来模拟 “启动‐停止”时的疲劳； 󰂀 Full‐Reversed：R=‐1的对称疲劳循环载荷； 󰂀 Ratio：恒定振幅的比例载荷模式； 󰂀 History Data：用户自定义输入的非恒定载荷 

在此次疲劳分析中，主要考虑阀体内腔压力由零变化到工作压力，再由工作压力变化到零的循环过程，因此选择“Zero‐Based”选项。 

6.2.3 在Options/Analysis Type选项中选择Stress Life选项。ASME法规第Ⅲ卷要求对构件的高周疲劳进行评定，使用S‐N曲线，因此选择Stress Life选项；而Strain Life选项则表示低周疲劳，应使用“应变‐寿命”曲线。 

6.2.4 在Mean Stress Theory主应力理论选项中选择SN‐None。其中主要有四种理论，根据经验，可对表示平均应力对疲劳寿命影响的这几个关系式作如下评论：

󰂀 SN‐None:使用材料的SN曲线进行疲劳强度分析; 󰂀 Goodman：对脆性金属，包括高强度钢，其抗拉强度接近真实断裂应力，用 Goodman关系来描述或估计疲劳寿命与实验结果吻合得很好； 󰂀 Soderberg：对大多数工程合金，Soderberg关系对疲劳寿命的估计比较保守； 󰂀 Gerber：对塑性材料，用Gerber关系较好，模型偏于危险。 

6.3 在Fatigue Tool中，单击右键，选择Insert/life、Damage、Safety Factor等选项，分别设置阀体的疲劳寿命、疲劳累积损伤系数和安全系数。在Damage、Safety Factor选项中，按照核级阀门技术规格书的要求，给定设计寿命（Design Life）为2000次循环。 

6.4在完成上述参数的设置后，选择基本工具条的Solve选项，对阀门疲劳分析进行求解。 

7.求解 7.1选择Stress Intensity选项，查看阀体的应力云图，如图5所示。从云图中发现，最大应力值出现在阀体中腔与出口的交界面最顶端，与工程实际经验结论相符合。对此处进行疲劳分析是正确的。 

 图5 SINT理论应力云图 7.2选择Fatigue Tool/Life，得到阀体寿命分布，最小寿命为77,609次循环。 

7.3选择Fatigue Tool/Damage，得到阀体的疲劳累积损伤系数为0.02577<1。设计合格。疲劳累积损伤理论研究的是在变幅疲劳载荷作用下疲劳损伤的累积规律和疲劳破坏准则。AWE Fatigue疲劳计算是以ASME第

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核级阀门特点

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压水堆核电站核岛阀门培训
压水堆核电站核岛阀门培训 （4）按通径分类 · 小口径阀门：公称通径<40mm · 中口径阀门：公称通径为50～300mm · 大口径阀门：公称通径为350～1200mm · 特大口径阀门：公称通径>1400mm
压水堆核电站核岛阀门培训
2 压水堆核电厂阀门基本情况 一座双机组的百万级千瓦的压水堆核电站 有各类阀门3万多台，如大亚湾核电厂 （2×900MW）共有阀门31052台，其中核 岛（主系统和辅助系统）有14000多台。 秦山二期工程的核辅助系统的阀门约 14000余台，其中核2，3级阀门为5800余台。
（1）常用分类法： 通常，人们按驱动方式、作用和结构特点把通 用阀门分压水堆核电站核岛阀门培训
（2）按压力分类 · 真空阀：绝对压力<0.1MPa · 低压阀：公称压力<1.6MPa · 中压阀：公称压力2.5~6.4MPa · 高压阀：公称压力10~80MPa · 超高压阀：公称压力≥100MPa （3）按温度分类 · 普通阀门：适用于介质温度–40～450℃ · 高温阀门：适用于450～600℃ · 耐热阀门：适用于600℃以上
压水堆核电站核岛阀门培训
核电阀门 分类和主要技术要求
上海钧思信息科技有限公司 陆旭
压水堆核电站核岛阀门培训
1.阀门简单介绍 2.压水堆核电厂阀门基本情况 3.核岛阀门的分级规定 4.核级阀门特点 5.核岛阀门设计 6.核岛阀门对材料的特殊要求 7.核级阀门的制造、检验和试验 8.核级阀门的鉴定 9.核电阀门型号标识方法简介
压水堆核电站核岛阀门培训 1.阀门的简单介绍 1.1阀门功能： 阀门是通过改变其内部流通截面控制管路内介质 流动的管路附件，其基本功能有： －接通或截断介质 －防止介质倒流 －调节介质的压力、流量等参数 －分离、混合或分配介质 －防止介质超压，保证管路或设备安全
核电阀门设计规范的相关探讨

核电阀门设计规范的相关探讨

核电阀门设计规范的相关探讨本文主演阐述了核电阀门设计规范的相关内容，从材料、抗震分析等方面进行分析。

标签：核电阀门;设计规范中国核电建设已经走过了20余年，先后通过自行设计开发和引进国外技术等多种方式建造了秦山一、大亚、秦山二期、岭澳一期、秦山三期和田湾等核电站。

这些核电站采用了美国、法国、俄罗斯和加拿大等国家的核电规范。

本文主要对核电阀门设计中应用的美、法、俄，三国的核电规范异同点进行比较和分析。

本文讨论的规范及版本号为美国锅炉和压力容器规范第Ⅲ卷———ASMEⅢ-2004（简称ASMEⅢ，下同）、法国压水堆核岛机械设备设计和建造规则———RCC-M2000版+2002补遗（简称RCC-M，下同）和俄罗斯核电阀门设计制造规范———OTT-87 （简称OTT-87，下同）。

1 一级设备NB-3500 规定了一级阀门的设计和应力分析规范。

当阀门口径≤NPS 4 时，可按ASME B16.34的方法进行设计。

但应注意在壳体壁厚的计算时，NB-3500 对阀体基本内径d m 的定义为临近焊端区域的阀体内径较大者，而ASME B16.34 规定的阀体基本内径为流道的最小直径，但不得小于阀体端部基本内径的90%。

此内径的定义同样应用于口径&gt;NPS 4 的一级阀门的壳体壁厚计算中。

两种定义的区别意味着按B16.34 阀体最小壁厚的要求设计的阀门不能认为就自动符合NB-3500 要求的阀体最小壁厚。

2 二级设备和三级设备一般情况下，二级和三级设备用的阀门符合ASME B16.34 的要求，同時也能满足NC-3500 和ND-3500 的要求。

承压件的最大许用应力值按ASME BPVC-Ⅱ-D-1 表1A/表1B 的规定选取，承压螺栓的许用应力按ASME BPVC-Ⅱ-D-1的规定选取。

3 材料3.1 承压件ASMEⅢ和RCC-M规范都规定对于承压零部件，其材料应满足规范要求，只能选择规范中允许的材料，并规定了允许材料的温度压力额定值、设计应力强度值和许用应力，而对于非承压零件的材料则没有强制要求。

浅谈核电阀门相似性分析鉴定方法的应用

浅谈核电阀门相似性分析鉴定方法的应用

浅谈核电阀门相似性分析鉴定方法的应用发布时间：2023-01-15T05:32:59.342Z 来源：《中国科技信息》2023年第17期作者：董国成王染思[导读] 在核电站运行过程中，阀门在各个系统承担着重要的作用，因此加强对于核电阀门相似性分析鉴定方法的应用具有重要价值。

董国成王染思中国核电工程有限公司浙江嘉兴314000摘要：在核电站运行过程中，阀门在各个系统承担着重要的作用，因此加强对于核电阀门相似性分析鉴定方法的应用具有重要价值。

下面本文就核电阀门相似性分析鉴定方法的应用进行简要探讨。

关键词：核电阀门；相似性分析；鉴定方法；应用；1 阀门设备概述阀门是核电站安全运行不可或缺的关键设备。

阀门因其类型不同(闸阀、截止阀、球阀、蝶阀等)，由不同的供应商设计、生产。

同种类型的阀门，其阀体和阀盖在外形和连接结构设计上基本相似，主要差异为总体尺寸、压力磅级和重量。

因此，对阀门相似性进行合理、系统、科学的分析，对整个核电项目建设都有着十分积极的作用。

2 阀门相似性鉴定方法的讨论针对国内制造行业的发展，民用核电设施或设备国产化是发展趋势。

因此，研究阀门相似性鉴定方法具有重要意义。

2.1阀门相似性原则方法的讨论(1)阀门是相同类型的相似性方法，在其使用上基本无分歧或使用不当情况，但是需要着重考虑相同制造商、相同结构类型中同一系列的阀门，此处同一系列可以理解为相同压力等级或压力等级有变化但是阀门的结构一致，其存在的差异主要是不同口径、压力、材质引起的尺寸和重量不同。

(2)对于阀门的驱动器，主要考虑的是驱动动力源一致，且其与阀门的连接方式也属于相似或同一系列方式，例如按照标准ISO5211设计和制造的连接方式等。

驱动动力源主要有电动驱动系列、气动驱动系列、电磁驱动系列、电－液动驱动系列、液动驱动系列、气－液驱动系列等。

(3)针对阀座结构和功能，需要在阀座的密封材料、密封副硬度差、密封副形式、密封原理等方面保持一致，例如闸阀的平行闸板密封与楔式闸板密封，其密封副形式和密封原理就属于不一致的情况。

阀门振动老化试验技术路线探讨

阀门振动老化试验技术路线探讨

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
阀门振动老化试验技术路线探讨
介绍了军用装备实验室环境试验方法中振动试验的相关目的与方法。

分析了核电厂能动机械设备鉴定中阀门组件鉴定的测试数据与要求。

提出了阀门振动老化试验技术路线的通常方法及阀门振动老化试验、验收等内容。

1、概述老化测试是可靠性测试的一种，许多装备在交付前，有时在维修期间要进行环境应力筛选( ESS) 、老化或其他产品验收试验。

振动可能导致装备及其内部结构的动态位移。

这些动态位移和相应的速度、加速度可能引起或加剧结构疲劳，结构、组件和零件的机械磨损。

另外，动态位移还能导致元器件的碰撞或功能的损坏。

振动老化测试是环境应力筛选的一种，其目的是剔除早期失效，使产品尽快进入稳定工作期。

另外，还有一种所谓的加速老化试验，其目的是评价产品耗损寿命或性能的时间稳定性。

本文以船用阀门为例探讨振动老化试验的方法。

2、振动老化试验振动老化试验在电磁振动台上进行，其配置的测试仪表有电荷放大器、电荷式加速度传感器及数据采集仪等。

振动试验中分别在振动台台面、被测试阀门重心处和顶部各安装一个加速度计，以测定这些部位的加速度响应，阀体通过刚性安装支架与电磁振动台紧固连接。

2.1、试验目的
阀门振动老化分析，用于模拟分析阀门寿命内的环境振动，目的是使阀
门在设计基准事件试验之前经历适当的振动老化，并验证其在长期的振动环境下的结构完整性和可运行性。

2.2、振动暴露量级
船的振动是自然环境激励(海浪、风等) 、强迫激励(螺旋浆轴转速、往复。