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核电站控制阀抗地动结构的刷新[清静阀]
[清静阀]在已往五十年中，自动控制阀的基本功用没有转变 。只是在牢靠的基天性能上有所提高如增添流量系数，镌汰噪音，镌汰 气蚀和刷新流量特征 。然而结构设计特征的改变十分缓慢 。直到核能的泛起，才使阀门制造者在阀门设计时不得不思量到像地动这类外界实力生的影响 。本论文从抗地动设计的看法讨论了控制阀的刷新 ；诸如材质的选用，驱动装置设计和结构装配、零件的装配等 。
核电站用控制阀必需能遭受地动的影响 。事实上，这是美国联邦治理规则上就关于本国核电站的设计、修建和运转等一系列普遍论题划定了须要条件 。
10CFFR50是“美国联邦装备生产和使用允许证”的代称，其附录A中列出 了“核电站通用设计标准” (GDC) 。GDC一 2中有一段中说：“核电站结构，装置和元件必需设计成能遭受如地动、龙卷风、 飚风…之类自然征象的影响” 。别的GDC也可作为指示装备抗地动和动力限制的须要条件的参考 。这些包括GDC一 1 ，一 4 ，一 14 和一 30 。 本文由上海多彩联盟阀门有限公司转载分享，上海多彩联盟阀门有限公司专业从事清静阀生产的厂家、主要生产种种型号规格的清静阀，弹簧式清静阀，清静阀型号，衬氟清静阀，空压机清静阀，并终身为使用单位提供相关产品手艺支持 。销售热线:021-69783299 官方网站:
只管名义上有，但这类未作详细说明的通用标准现实上无法执行 。随着核工业的成熟，核电站装备的抗地动设计和剖析也就随之明确，所有工业部分提出的这些GDC在今天的抗地动设计控制阀的刷新中有了一席之地 。核能调理委员会(NRC)宣布了“标准磨练计划”和“标准调理指导 。”各工业组织也宣布了称为“NRC”要求标准的一系列规则和标准 。修建设计师和公用事业也最先宣布有关规则，对标准调理指导，标准磨练计划和允许证的申请都有明确的要求 。最后 �？胤е圃煺呶� 工业上抗地动 限制条件而刷新了产品结构设计 。
抗地动限制的须要条件
早先，控制阀说明书中有关抗地动须要条件通常很少，只是简朴性地说一些如“这些阀门能经受住地动、龙卷风等自然征象影响”或“这些阀门在设计中思量了地理的影响”，通常在这些条件中都没有定量的数值 。与之形成比照的是，今天的说明书中有关抗地动件部分在划定可接受的限制方法，装备必需限制的加速率是十分准确 。在很早期的工厂中，抗地动设计须要条件只是以为当装备 安顿在一个很活跃的地动带时方是必需的 。在那些工厂中装备和修建都是凭证修建规则(VBC)的要求设计的，是接纳静态的剖析手艺 。由1965年的抗地动设计内容形成了一个所有核电站的通用条件规范 。有足够的证据可以显示出地动可能在任何一个地方爆发，岂论是在地中震频仍的地区照旧只是在历史上一经爆发过的地方，都有可能爆发地动 。爆发于写 萨诸塞州(1755年) ；密苏里洲(1812年)南卡罗来纳(1876年)的一再大地动证实在核电站的设计中应思量抗地动设计 。
早期，大部分装备被限制使用静态的剖析方法，与重大的修建及其它结构相比这关于结构简朴的控制阀是适用的 。用于这些剖析的输入加速率通常以建设反应加速率为基础或甚至是以园地而不是以管线系统的反应加速率为基础，但仍然没有标准 。
在生长的前期，专业组织为了核工业的特殊需要而建设了 种种委 体会和职业整体，对阀门制造者最有影响的两个协会是“美国机械工程师学会”(ASME)和“电与电子协会(IEEE） 。ASME中有关锅炉与压力容器规范中第3部分是专门为核电站的元件所编写的，1968年这部分成了规则草案的雏形，并于1971年第一次用它的所有内容出书刊行，在以后6个月中又做了数次修改 。然而，ASME—但IlI中仅指明晰阀门的压力规模 。凭证其界说，只是有阀体、阀盖、阀杆和毗连体盖的螺栓的压力规模关于阀门的其余部分即附件和驱动装置，在ASME—III中没有提及，正因云云，在规则中只涉及压力界线完整性而没有涉及装备运行的能力 。
为了批注在地动中和地动后装备运行的能力，就必需制订别的标准 。 IEEE一 344是最受公认的装备抗地动用参考标准 。在1971年首次宣布，1975年其主要部分做了很大的修订．只管IEEE标明其适用于机电装备上，但其通常被公以为适用于所有装备的抗地动限制条件标准 。NRC的标准磨练计划3.10中讨论了机电装备的抗地动条件，在SRP少3.10中NRC剖析IEEE一 344 适用于所有类型的机电装备的抗震要求 。
厥后，直到 IEEE一 382在1972年首次宣布时，阀门驱动装置或阀门组件的抗地动限制要求才有一些划定 。然而，那时它只是划定了阀门电动驱动装置的限制(在地动情形中)而关于弹性隔膜驱动装置，汽缸驱动装置，液压驱动装置等没有特别的限制标准 。于1980年宣布的IEEE一厂382 改变了这种征象，它包括了所有种种驱动装置的限制标准IEEE一 382—1990“阀门驱动装置清静条件IEEE标准”中说明“该规范适用于所有类型的动力驱动的阀门驱动装置” 。
IEEE一 344 和IEEE一 382 是最为普遍被公认的关于阀门或阀门驱动装置抗地动的标准，还 育许多别的标准也被宣布或是获得了差别的生长 。然而，这些标准很难如上述两者那样获得普遍的认可，由于这些标准中很难使人关于他们的须要条件有清晰的明确，而险些不可包管他们的手艺和设计要求，这些标准被列到附录A中 。
这些标准中的每一个都将阀门组件看成是一个自力的单位，关于阀门对装置在其上的管线系统或管线系统对阀门的影响都没有说明 。因而．管线系统设计者就处于甚至在阀门被选择或买主选择之前就必需思量在他们的管线系统中的阀门的动力学特征这样一个不公正的位置上 。虽然，阀门制造者也必需在管线系统定案之前详细说阀门的抗地动要求，这是一个制动装置一力22逐一 管线 系统设计着只有在知道阀门将怎样反应之后才华为他的管线系统中的阀门定型，而阀门制造者只有知道管线系统将怎样反应才华限制在个特殊管线位置上的阀门 。这样，阀门规范中的通用抗地动规范待以生长 。
这些通用的规范是阀门制造者和管线系统设计者之间的一个折衷，阀门制造者赞成扫除从阀门回到管线系统的动力学反响 。它被要求这样做是由于阀门组件在一个可 选择值上有其基本的自然频率．通常是 33Hz 。在这种方法下任何 修建或管线都被以为具有低于33Hz，不然就不可遭受地动的共振谐率 。这样将不会导致阀门的共振和其固有的放大 。因此，管线系统的设计者是需在它的系统中思量阀门的质量 。作为回报，管线系统设计者赞成限制成为阀门地动输入的管线系统的动态特征E抵达某个值 。这个值的上限成为阀门限制的输入加速率，依据修建工程师的意见通常是3.og或45g，至今为止，阀门抗地动设计条件的，生长是从一样平常设计准则到工业的规则和标准 。最后手艺要求中要求一个具有自然频率大于331HZ和属于1～33Hz频率规模之内3.0g的或4.5g的输入加速率 。
研究控制阀抗地动结构刷新的最好要领是逐一研究它的主要零部件，这些部件见图 1 ；它们是阀体、 阀盖 、 与阀盖相连的驱动装置和装置驱动装置之上的驱动装置附件 。
阀体：
阀体是必不可少的管线系统理，若是管线系统切合要求，阀门也必定切合要求 。这正是 ASME规则的 编青所 叙述 ”的 。凭证该规则，若是管线和阀体都是凭证规则所设计的，而制造者能显示出阀门中最弱的部分也比管线强度高，那么这阀门就认J是及格的 。这主要应体现出阀门的剖面积和剖面膜数值至少要比管线的那些高10％ 。若是管线和阀门的材质差别，那就要思量它们之间所能遭受压力的差别 。(凭证 ASMEIll 、 NCl ／ND3S21) 。
关于同样管线尺寸的阀门和管线来说，可以毫无疑问证实是切合要求时 ；典范的情形是阀门强度要比与之毗连的管线高 300 ％ ～400 ％ ， 世 当使用 渐缩管或阀门比管线尺寸小2倍或更多时 。就爆发问题了 。这个问题可以用几种方法减缓，一种简朴的方法是将阀门 内件面积 缩减至与管线尺寸相同 少这种浅易的方法有其所取之处，由于用一个大尺寸的阀门就意味着更高的本钱 。另一个要领是从买主 那相识管线负荷和施行应力剖析 。自然．施行应力剖析也会增添生产本钱，特殊是若是应用盘算神秘领逐一限制的元件 。第3种解决方法是用高压力系数的阀体(也就是说用ANSl600级而不是用15Q级 ） ，这将 增大金属 剖截面，使金属质料增添，但可能比用大尺寸阀门的本钱要低 。虽然，这几种方法连系在一起可以抵达最佳效果 。
一样平常来说，控制阀阀体的结，构不需要有更多的改变就顺应抗地动的要求，通常阀体比管线强度高，而接纳应力剖析的要领也很简朴 。无意也需要使用一些手艺刷新，使用选择阀门尺寸和压力系数同时来知足液体处置惩罚要求和抗地动要求 。
阀盖：
从抗地动 剖析的看法看． 阀盖可以 视为一个“中心支持结构” 。管线系统的地动运动必需 经由阀盖方 能抵达驱动装置 。因此． 阀盖必需能遭受住驱动装置的动力学作用 。关于它自身， 阀盖是 阀门中一个很是强的部分，然而由于它自身的基本结构，它很难准确地剖析 。
大部分 控制阀阀盖用 ASME 一 Ⅲ中的附录X1剖析，只管这个附录通常是为管线法兰的剖析准备的，但被公以为可以 做阀盖法兰的剖析 。任何位于驱动装置上的因地动导致的弯曲力解波转换成一种“高值压力”简称 eq ． 一 从而增添了阀门的设计压力， 阀盖和体盖螺栓就必需能遭受住这种增添的法兰结构压力，Pfd=Pd + Peq 。)．若是用更重大的要领盘算压力，那么盘算压力将更高 。由于 阀盖是比需要的压力强许多，以是盘算压力通常在限制的允许规模之l内 。
阀盖必需能支持住牢靠在其上的驱动装置人选些驱动装置经常很大而从阀盖上延伸到一个显著的位置上，一个阀门驱动装置也许对整个系统有着显着的动力影响 。正是这些动力因素导致了阀盖结构 的绝大部分改变，这些结构的改变包括增添管壁和法兰厚度和重新设计驱动装置 与阀盖的 毗连方法少受力状态，相反是增添硬度和稳固性 。 阀盖越是结实，阀门各部件的总体上的固有频率就越能坚持得尽可能高 。
阀门驱动装置：
阀门驱动装置是最受核动力工业抗地动限制条件影响的控制阀部件，曾一度被以为实质上简朴的控制阀驱动装置已被其自身证实做样品剖析和为了增添固有频率而做的刷新是同样难题的 。正像阀门线_中别的部分一样，驱动装置结构已基本上十几年坚持稳固了 ；它的设计能力已在以矿物燃料为动力的工厂，造纸厂石油精炼厂以及所有大巨细小的汽船上的多年应用中获得证实，直到阀门制造商不得欠亨过磨练证实抗地动要求．才有了设计上的改变 。
一个驱动装置有两个基本部件，支架和动力装置，支架用于将驱动装置牢靠在阀盖上，以提供一个毗连阀杆和驱动装置的位置、以及提供一个用来装置附件的位置(如弹簧膜片驱动装置中的限位开关和定位器等) 。第二部分是动力源，典范的类型是弹簧膜板、气缸、液压千斤顶和电机 。
在大大都情形下支架由铸铁制成，并用一些大的紧固螺母与水盖毗连在一起，然而由于必需遭受像地动这样的动力负荷的需要．就必需改变设计 。首先改变的是材质，最初所用的材质一 铸铁很是适合最初的设计负荷，即主要的驱动 一 装置推力 。铸铁有一个问题它很脆的质料关于大的攻击负荷和 低转疲劳负荷损坏很是敏感，因此将铸铁质料改为铸钢质料、通常是ASTM一 216WCB型，这个改变是容易实现的，由于设计和模具都是相同的．机加工也是相同的，只是质料改变罢了 。
下一个改变就较量难题，许多抗地动磨练的效果证实支架 和阀盖的毗连必需重新设计，紧固螺母比早先的设计性能要高，然而抗地动磨练的动力负荷情形效果中显露出一些问题：首先，支架是支持 在阀盖的小座上，这足够支持延伸出来的驱动装置的推力负荷，由于所有组件都是受 一 压力作用，然而，在驱动装置的基部没有足够的支持面来坚持尽可能高的支架的结实水平 。
其次，紧固螺母在抗地动磨练中倾向于松动．一次地动试验的历程要比任何一次可能遇到的地动都强烈，并且这种松动不像铸铁的断裂那样是灾难性的 。只管云云，在紧固螺母这样的要害部位的松动也是不允许的 。同时，紧固螺母的松动也有其它问题，它意味着支架和式阀盖间 的毗连一旦松动．驱动装置接着就可能绕着阀杆轴线偏转，从而导致 像限 位开关和定位器元件的位移而造成失控 。
驱动装置 和阀盖两者 在毗连上都做了刷新，设计的基本头脑是在支架和 阀盖问提供 一个大的接触面，提供一个避免驱动装置转动和毗连处的松动，使支架和 阀盖间的毗连更坚同 。 在阀盖和 支架间提供一个大的接触向的设计是相当容易的 。 阀盖的浇铸模子做了暂时或永世地刷新，以提供一个紧固驱动装置的牢靠法兰或是在州有阀盖上焊接一块平板．怎样使驱动装置结实可*取决于设计者的步伐 。毗连方法见图2．它包括最初的紧固螺母结构，其它的方法有 ；将驱动装置凭证 和阀盖法兰 螺栓相接 或压扳 放于用螺栓 牢靠阀盖的 位置上使驱动装置紧固，或者 通过阀盖法兰用螺栓直接牢靠在支架上 。
驱动装置设计中凭证抗地动的基来源则也 也 举行了部分修改 .这些原则包括尽可能提高强度，减轻重量 和降低整体 的重心 。只管(这将在后就讨论)这些改变的目的不是讨论起来十分简朴，但现实上这些原则执行起来却十 分难题 。例如：为了提高强度就必需增添质料 (增添质量)，由于动力源必需支架腿支持，重心也只能降低到有限的水平，许多情形下为了顺应抗地动须要条件就必需用结构钢装置驱动装置或特殊增添支持 。
通常的情形是．一个给定尺寸的标 。准驱动装置必有一个在 1OHz规模内的牢靠频率，为了抗地动需要而重新设计驱动装置险些是举行一个全新的设计 。增添基座使用螺栓牢靠阀盖 。支架由结构钢制成 。主要是槽钢，这 是为了提高强度 。在强度低的隔板箱上增设 加同板 ，以消除弯曲，通已往掉多余的质料使重心降低 。效果使驱动装置在同样的阀门上有相同的功效 。它的同有频率完全在33Hz之上 。为了知足核电站抗地动条件要求，控制阀驱动装置履历 丁相当 大的结构刷新 。这些刷新包括质料、毗连方法和总体结构的设计，效果是经常用一种类型的设汁和—项 工程刷新，就能知足 工业产口的需要 。
驱动装置附件：
驱动装置附件常见在类似弹簧膜片驱动的或气缸驱动的这些气动装置上，牢靠在驱动装置上的附件类型包括：限位开关，电磁阀、定位器，空气过滤调理器、空气升压器和电动气动传感器 。附件的数目和类型以阀门可的功效和使用者的需要为准 。电和电磁液压驱动装置附件通常包括在驱动装置结构中，因此很少有问题 。除此之外．它们不需要像空气吸收器、电磁阀和空气升压器之类装备同时也不需要那些杂乱的气体管路 。
在气动装置上这些附件同驱动装置相比尺寸都比其要小，这就是说附件的装置不会显著影响整个阀门部件的动力学特征 。然而附件和它们的牢靠装备对阀门的抗地动能力确实有一定影响 。
例如：思量到限位开关的装置，若是用一种弹性的方法装置，它就会失去与阀杆毗连，因此就会结控制室传导一个过失的信号 � ；蛘呤墙掌掌骱偷绱欧У哪有耘� 。挠性毗连和它固有的大的偏移将不会爆发改像限 位开关的牢靠而导致的过失信号，可是它能使毗连的铜管事情险难和断裂．因此使阀¨不可事情，关于控制阀的抗地动要求来说 。爆发过失信号、气体管路的断裂和别的事务的爆发是缺乏格的 。
附件的设计和装置也必需凭证驱动装置的抗地动结构的原则： 1)坚持足够高的硬度 ；2)有最小的体积 ；3)为了坚持低重心，使有用的重量尽可能低 。
通常附件的结构改变主要是使用装置架，关于一样平常工业来说仅有的要求是牢靠元件使其能够事情并能遭受装运、装置和正常操作，然而关于核电站的应用就不敷了 。
