前言
核島單座調(diào)節(jié)閥是核電中量大范圍廣的壓力機(jī)器設(shè)備，它的首要功用是以一定的精密度維持總流量、工作壓力、環(huán)境溫度、水位線等要求必須調(diào)整的主要參數(shù)。調(diào)節(jié)閥門是核電安全性運(yùn)轉(zhuǎn)的重要配件，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)它開展抗震等級(jí)剖析，其結(jié)論可以拿來(lái)考量在歷經(jīng)運(yùn)作安全性地震災(zāi)害和安全性停堆地震災(zāi)害期內(nèi)或之后，調(diào)節(jié)閥門是不是可以根據(jù)規(guī)定正常的工作中。
抗震等級(jí)剖析廣泛運(yùn)用于核電站核級(jí)機(jī)器設(shè)備的安全性評(píng)價(jià)，如核電環(huán)狀起重機(jī)、核反應(yīng)堆貯液器皿，核電廠專用型橋式起重機(jī)等。核安全級(jí)閘閥一樣需要開展抗震等級(jí)剖析，張征明，吳莘馨等人對(duì)核安全級(jí)閘閥開展了構(gòu)造靜力學(xué)剖析，孫英學(xué)對(duì)核電穩(wěn)壓電源閘閥接手開展了應(yīng)力分析。針對(duì)構(gòu)造比較復(fù)雜的機(jī)器設(shè)備，一般選用質(zhì)點(diǎn)實(shí)體模型，但偏差比較大，原文中根據(jù)ANSYS有限元手機(jī)軟件對(duì)調(diào)節(jié)閥門的3維數(shù)字模型開展抗震等級(jí)剖析，結(jié)論更加精確。
現(xiàn)階段，抗震等級(jí)剖析的方式 具體有3種：等效電路基樁法、回應(yīng)譜法和時(shí)長(zhǎng)過(guò)程法。在其中，時(shí)長(zhǎng)過(guò)程法的數(shù)值更為精確，可是該計(jì)算方式比較復(fù)雜，時(shí)間計(jì)算長(zhǎng)，而等效電路基樁法與回應(yīng)譜法計(jì)算方式相對(duì)性簡(jiǎn)易，與此同時(shí)也可以比較精確地體現(xiàn)構(gòu)造的反應(yīng)特點(diǎn)。當(dāng)構(gòu)造的第1階共振頻率超過(guò)33Hz時(shí)，可選用等效電路基樁法，該方式 比回應(yīng)譜法測(cè)算更加簡(jiǎn)易，因而運(yùn)用十分普遍。原文中選用等效電路基樁法對(duì)控制閥開展抗震等級(jí)剖析。
1 有限元分析抗震等級(jí)剖析
1.1 有限元實(shí)體模型
在開展有限元時(shí)，如下圖1的調(diào)節(jié)閥門結(jié)構(gòu)示意圖，在其中油路板進(jìn)出口貿(mào)易接手法蘭盤距離210mm，法蘭盤公稱直徑25mm，直徑124mm，閘閥總高538mm，左右膜蓋的外圓直徑為285mm。對(duì)該3維實(shí)體模型開展簡(jiǎn)單化，忽視扭簧，地腳螺栓等小構(gòu)造，油路板、單流閥、支撐架和膜蓋中間選用剛性連接，采用10連接點(diǎn)、solid92模塊對(duì)簡(jiǎn)單化實(shí)體模型開展網(wǎng)格劃分，模塊數(shù)為273473，連接點(diǎn)數(shù)為52161。支撐架、單流閥和油路板的原材料各自為ZG230－450、P280GH和20M5M，在260℃下的抗剪強(qiáng)度S各自取117.5MPa、117.5MPa和112.5MPa，取彈性模具為2.0×1011N/m2，彈性模量為0.3，相對(duì)密度為7900kg/m3。

1.2 荷載增加、約束及求得
對(duì)調(diào)節(jié)閥門油路板接手兩邊增加全偏移管束，選用BlockLanczos求得法獲取3階模態(tài)分析。
在開展抗震等級(jí)剖析時(shí)，選用等效電路基樁法，增加荷載包含自身重量、氣體壓力和地震災(zāi)害荷載，各自測(cè)算在SL1地震災(zāi)害下調(diào)節(jié)閥門打開和關(guān)掉的狀態(tài)下調(diào)節(jié)閥門的大地震回應(yīng)，及其調(diào)節(jié)閥門在SL2地震災(zāi)害荷載下調(diào)節(jié)閥門打開的狀態(tài)下的大地震回應(yīng)，
在其中SL1地震災(zāi)害荷載下的較大瞬時(shí)速度為3.3g，SL2地震災(zāi)害荷載下的較大瞬時(shí)速度為5g。
1.3 共振頻率結(jié)論剖析
有限元分析模態(tài)分析獲得第1階共振頻率為49Hz，振型為垂直在流道方位晃動(dòng)，第2階共振頻率為61Hz，振型為沿過(guò)流道方位晃動(dòng)；第3階共振頻率為198Hz，振型為繞垂直核心軸扭曲。從3個(gè)角度的1階共振頻率可以看得出，垂直在流道方位的總體彎曲剛度最少，這也是與調(diào)節(jié)閥門本身的構(gòu)造特點(diǎn)，各組件的品質(zhì)與尺寸遍布相關(guān)的。
1.4 抗震等級(jí)數(shù)值剖析
SL1地震災(zāi)害下調(diào)節(jié)閥門打開和關(guān)掉模式時(shí)的內(nèi)應(yīng)力布局圖如下圖2（a）與2（b）及其在SL2地震災(zāi)害荷載下調(diào)節(jié)閥門打開情況時(shí)的內(nèi)應(yīng)力布局圖如2（c）所顯示，內(nèi)應(yīng)力值傳統(tǒng)選用RCCMB級(jí)規(guī)則強(qiáng)度校核。

從圖2（a），2（b）和2（c）可以看得出，支撐架的拐角處，單流閥－法蘭連接型角處及其油路板中腔一部分為內(nèi)應(yīng)力值比較大地區(qū)。如下圖2（a）所顯示的內(nèi)應(yīng)力布局圖，支撐架拐角處的內(nèi)應(yīng)力最高值為9.95MPa，單流閥－法蘭連接的型角處內(nèi)應(yīng)力最高值為14.6MPa，油路板中腔的內(nèi)應(yīng)力最高值為22.1MPa。如下圖2（b）所顯示，支撐架拐角處的內(nèi)應(yīng)力最高值為9.46MPa，單流閥－法蘭連接的型角處內(nèi)應(yīng)力最高值為14.2MPa，閥腔處的最高內(nèi)應(yīng)力數(shù)值28.4MPa。如下圖2（c）所顯示支撐架拐角處的內(nèi)應(yīng)力最高值為16.6MPa，單流閥－法蘭連接的型角處內(nèi)應(yīng)力最高值為22.1MPa，閥腔處的最高內(nèi)應(yīng)力數(shù)值49.6MPa。支撐架拐角處的最高內(nèi)應(yīng)力是因?yàn)闃?gòu)造不持續(xù)導(dǎo)致的，屬于應(yīng)力，它的最高內(nèi)應(yīng)力遠(yuǎn)低于構(gòu)造的抗剪強(qiáng)度。在調(diào)節(jié)閥門關(guān)掉時(shí)，單流閥－法蘭連接處的最高內(nèi)應(yīng)力也是由于構(gòu)造不持續(xù)導(dǎo)致的，可是在調(diào)節(jié)閥門打開時(shí)，因?yàn)閱瘟鏖y內(nèi)部結(jié)構(gòu)存有氣體壓力，因而其內(nèi)應(yīng)力最高值是因?yàn)闃?gòu)造不持續(xù)和氣體壓力一同的作用引起的，油路板中腔的最高內(nèi)應(yīng)力是因?yàn)殚y腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的氣體壓力所產(chǎn)生的，油路板和單流閥的最高內(nèi)應(yīng)力均遠(yuǎn)低于抗剪強(qiáng)度值126.8MPa。
2 調(diào)節(jié)閥門抗震等級(jí)實(shí)驗(yàn)
2.1 調(diào)節(jié)閥門的組裝、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)量點(diǎn)布局
本實(shí)驗(yàn)在我國(guó)核電池規(guī)劃院的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)上開展，將調(diào)節(jié)閥門組裝在振動(dòng)平臺(tái)夾持設(shè)備上，確保調(diào)節(jié)閥門的三正交和軸與顫振軸在同一條平行線上，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如下圖1所顯示。
實(shí)驗(yàn)選用正電荷式加速傳感器和電荷放大器精確測(cè)量櫥柜臺(tái)面和調(diào)節(jié)閥門上的瞬時(shí)速度，應(yīng)變力精確測(cè)量選用5×3mm泊式電阻應(yīng)變片和MCC－16型動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，數(shù)據(jù)采集用DEWE2010型數(shù)據(jù)采集儀。
實(shí)驗(yàn)中各自在調(diào)節(jié)閥門重心點(diǎn)（a#）、振動(dòng)平臺(tái)櫥柜臺(tái)面（b#）和頂端（c#）各布局一個(gè)加速傳感器，而且在調(diào)節(jié)閥門欠缺位置（支撐架型角1#、油路板中腔2#和單流閥－中法蘭連接型角處3#）布局3個(gè)電阻應(yīng)變片來(lái)精確測(cè)量其在地震災(zāi)害全過(guò)程中的應(yīng)變力回應(yīng)。
2.2 試驗(yàn)具體內(nèi)容
最先對(duì)調(diào)節(jié)閥門做動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，各自在調(diào)節(jié)閥門3個(gè)正交和徑向增加不得超過(guò)0.2g的正弦波掃描儀數(shù)據(jù)信號(hào)，掃描儀工作頻率標(biāo)準(zhǔn)為5～250Hz，掃描儀速率為內(nèi)存超頻/分，檢測(cè)出機(jī)器設(shè)備各向的基階共振頻率和減振。
依照《核設(shè)備抗震鑒定試驗(yàn)指南》的要求，可選用2次正弦函數(shù)掃描儀實(shí)驗(yàn)替代5次SL1地震災(zāi)害實(shí)驗(yàn)，第1次掃頻時(shí)調(diào)節(jié)閥門處在打開情況，第2次掃頻時(shí)調(diào)節(jié)閥門處在關(guān)掉情況。實(shí)驗(yàn)在調(diào)節(jié)閥門的3個(gè)正交和徑向各開展2次，掃描儀速率不得超過(guò)1內(nèi)存超頻/分，掃描儀工作頻率標(biāo)準(zhǔn)為3Hz～35Hz，每一次掃描儀后更改調(diào)節(jié)閥門的按鈕情況，實(shí)驗(yàn)中維持壓力為4.16MPa。在每一次SL1地震災(zāi)害全過(guò)程中精確測(cè)量各監(jiān)測(cè)站的速度回應(yīng)和應(yīng)變力回應(yīng)。
SL1實(shí)驗(yàn)后各自在調(diào)節(jié)閥門的3個(gè)正交和徑向開展1次SL2實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)工作頻率在3.18Hz、4Hz、5Hz、6.3Hz、8Hz、10Hz、12.6Hz、16Hz、20Hz、25.2Hz、32Hz處開展，每一個(gè)工作頻率增加5個(gè)以上持續(xù)正弦函數(shù)拍波，每一個(gè)拍波的每個(gè)拍中帶有12～15個(gè)周波，每一個(gè)拍波中間有2s空隙，拍波的總數(shù)由每一個(gè)工作頻率處的拍波實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)不小于15s來(lái)決策。調(diào)節(jié)閥門在維持壓力為4.16MPa下持續(xù)在20%～80%行程安排中間運(yùn)作1次循環(huán)系統(tǒng)實(shí)際操作，在每一次SL2地震災(zāi)害全過(guò)程中精確測(cè)量各監(jiān)測(cè)站的速度回應(yīng)和應(yīng)變力回應(yīng)。

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3 有限元分析結(jié)論與試驗(yàn)效果比照及剖析
動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)精確測(cè)量結(jié)果顯示為：調(diào)節(jié)閥門在X方位（垂直在流道方位）第1階共振頻率為47.0Hz，阻尼系數(shù)為2.94%；在Y（流道方位）方向第1階共振頻率為58.8Hz，阻尼系數(shù)為4.93%；在Z向（垂直方位）的第1階共振頻率為189.5Hz，阻尼系數(shù)為0.46%，各方位1階共振頻率均超過(guò)33Hz，因而可以覺(jué)得該調(diào)節(jié)閥門具備充分的剛度。從表1中較為可以看得出，前3階共振頻率的偏差均低于5%。

在SL1地震災(zāi)害實(shí)驗(yàn)中測(cè)得各測(cè)量點(diǎn)的瞬時(shí)速度，8Hz以上工作頻率下重心點(diǎn)處瞬時(shí)速度回應(yīng)幅度值在三正交和徑向均超過(guò)3.3g，達(dá)到抗震等級(jí)評(píng)定的導(dǎo)入規(guī)定。此外，還測(cè)出各測(cè)量點(diǎn)三正交和徑向的內(nèi)應(yīng)力值，進(jìn)而可以測(cè)算出各測(cè)量點(diǎn)的總內(nèi)應(yīng)力，列于表2中，根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比剖析得到，測(cè)算值與實(shí)驗(yàn)值的偏差均低于5%。

在SL2地震災(zāi)害實(shí)驗(yàn)中測(cè)得各點(diǎn)三正交和徑向的瞬時(shí)速度和壓力最高值。從圖3中可以看得出，工作頻率為8Hz以上的重心點(diǎn)處瞬時(shí)速度幅度值均能線性地震災(zāi)害評(píng)定規(guī)定導(dǎo)入的瞬時(shí)速度幅度值。

依據(jù)表3中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到，在SL2地震災(zāi)害下，調(diào)節(jié)閥門中1#、2#和3#應(yīng)變力測(cè)量點(diǎn)較大總內(nèi)應(yīng)力各自為15.21MPa，48.37MPa和24.25MPa，測(cè)算值與實(shí)驗(yàn)值的偏差均低于10%，這也是因?yàn)樵囼?yàn)測(cè)出是調(diào)節(jié)閥門在20%到80%行程安排中的內(nèi)應(yīng)力值，而在有限元時(shí)選用的是調(diào)節(jié)閥門所有打開下的實(shí)體模型，因而這一測(cè)量誤差超過(guò)SL1下的測(cè)量誤差。

4 結(jié)果
原文中對(duì)控制閥開展有限元分析模態(tài)分析，獲得調(diào)節(jié)閥門的前3階共振頻率各自為49Hz、61Hz和198Hz，與動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論完成比照，偏差低于5%，調(diào)節(jié)閥門的各階工作頻率均超過(guò)33Hz，因而可以覺(jué)得調(diào)節(jié)閥門具備很強(qiáng)的彎曲剛度。
對(duì)控制閥開展有限元分析抗震等級(jí)剖析，分析了調(diào)節(jié)閥門在打開和關(guān)掉模式時(shí)SL1下的抗震等級(jí)特點(diǎn)，并研究了調(diào)節(jié)閥門在打開情況時(shí)SL2下的抗震等級(jí)特點(diǎn)，找到了在地震災(zāi)害荷載效果下調(diào)節(jié)閥門承受力的欠缺位置，關(guān)鍵有支撐架轉(zhuǎn)角、單流閥－中法蘭連接的型角處和油路板中腔，內(nèi)應(yīng)力值依照RCCMB級(jí)規(guī)則強(qiáng)度校核，校核結(jié)論達(dá)到規(guī)則規(guī)定，因而可以覺(jué)得調(diào)節(jié)閥門具備充分的抗震等級(jí)彎曲剛度。
有限元結(jié)論與實(shí)驗(yàn)值實(shí)現(xiàn)較為，在SL1下內(nèi)應(yīng)力值的偏差低于5%，而SL2下的偏差尺寸于10%，這也是因?yàn)樵陂_展SL2下的有限元時(shí)傳統(tǒng)地運(yùn)用了較為簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)閥門開全實(shí)體模型，而在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得了調(diào)節(jié)閥門開啟度在20%～80%下的內(nèi)應(yīng)力值。
選用ANSYS對(duì)控制閥開展模態(tài)分析和抗震等級(jí)剖析，偏差在容許區(qū)域內(nèi)，表明運(yùn)用ANSYS開展模態(tài)分析與抗震等級(jí)剖析是有效的，原文中結(jié)論對(duì)調(diào)節(jié)閥門的設(shè)計(jì)方案、生產(chǎn)制造與評(píng)定有著關(guān)鍵實(shí)際意義。