CAP1400主蒸汽安全阀结构设计与应力校核

发布时间：2017-10-19 03:18

  本文关键词：CAP1400主蒸汽安全阀结构设计与应力校核

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【摘要】：CAP1400主蒸汽安全阀是应用在我国自主设计的三代加核电站中,安全等级为核二级。本文利用有限元模拟和相应的实验方法对CAP1400主蒸汽安全阀的结构设计和应力校核进行研究,具体到主蒸汽安全阀的抗震分析设计、弹性阀瓣设计和应力校核；同时,采用Lms Testlab Signature Acquisition测试系统、传递函数法对主蒸汽安全阀的一阶固有频率进行测试,采用Alicona IFM G4型表面三维形貌仪对阀瓣密封面轮廓进行测量；最后,根据ASME BPVC III NC卷,对优化后的结构进行应力分类和校核,得到的主要结论如下：(1)阀体厚度、阀盖加强筋和阀杆刚度对安全阀一阶固有频率的影响小,弹簧质量和高度是影响一阶固有频率分主要因素,通过结构优化把主蒸汽安全阀样机的一阶固有频率从23.55 Hz提高到37.11 Hz,其中优化前样机的一阶固有频率23.55 Hz得到实验验证,并采用静力分析法对优化后的样机进行应力校核,满足抗震设计要求；(2)比较普通平面阀瓣和弹性阀瓣,揭示了弹性阀瓣在不同介质压力下的最高接触压力由密封面外侧转移到密封面内侧,回座冲击下弹性阀瓣的塑性变形发生在密封面外侧,然后比较不同弹性阀瓣,得出密封面外侧主要影响塑性变形大小(多次回座冲击的重复性)和密封面内侧主要影响密封性(介质压力接近90%整定压力)；最后设计出的弹性阀瓣在多次冲击之后,仍然能够在92%的介质压力下达到密封,其阀瓣密封面塑性变形趋势得到实验验证；(3)对优化结构的主蒸汽安全阀进行应力校核,采用有限元Abaqus分析设计载荷、运行载荷和地震载荷下的应力,分别对一次总体薄膜应力Pm、一次总体薄膜应力+一次弯曲应力P1+Pb和一次应力+二次应力Pm+Pb+Q进行校核,满足ASME Ⅲ NC卷标准。
【关键词】：主蒸汽安全阀 抗震分析 弹性阀瓣 应力校核
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景10
• 1.2 研究现状10-16
• 1.2.1 抗震分析研究现状10-12
• 1.2.2 弹性阀瓣研究现状12-15
• 1.2.3 应力校核研究现状15-16
• 1.3 研究目的及研究内容16-19
• 1.3.1 研究目的16-17
• 1.3.2 研究内容17-19
• 第二章 安全阀固有频率分析19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 建立有限元模型19-23
• 2.2.1 模态分析理论19-21
• 2.2.2 几何模型与网格划分21-22
• 2.2.3 材料参数及接触设置22-23
• 2.3 结构对固有频率的影响23-29
• 2.3.1 样机固有频率计算分析23-24
• 2.3.2 阀体厚度对固有频率的影响24-25
• 2.3.3 阀盖加强筋对固有频率的影响25-26
• 2.3.4 阀杆刚度对固有频率的影响26-27
• 2.3.5 不同弹簧对固有频率的影响27-29
• 2.3.6 优化结构后阀门固有频率计算分析29
• 2.4 试验验证29-31
• 2.4.1 结构抗震试验方法29-30
• 2.4.2 固有频率测试方法30
• 2.4.3 样机固有频率测试30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 弹性阀瓣对密封的影响32-53
• 3.1 引言32
• 3.2 运行工况有限元模型建立32-34
• 3.2.1 接触分析理论32-33
• 3.2.2 几何模型简化33
• 3.2.3 网格划分与验证33-34
• 3.2.4 接触、边界设置34
• 3.3 回座冲击工况有限元模型建立34-37
• 3.3.1 显示动力学分析34-35
• 3.3.2 材料参数选取35
• 3.3.3 冲击时间计算35-37
• 3.3.4 冲击模型的建立37
• 3.4 有限元计算结果及分析37-49
• 3.4.1 弹性阀瓣工作原理分析37-40
• 3.4.2 弹性阀瓣与普通平面阀瓣比较分析40-43
• 3.4.3 不同弹性阀瓣(外径不同)比较分析43-45
• 3.4.4 不同弹性阀瓣(弹性槽直径不同)比较分析45-47
• 3.4.5 不同弹性阀瓣(密封面宽度)比较分析47-49
• 3.5 实验验证49-52
• 3.5.1 三维形貌仪49
• 3.5.2 安全阀试验装置49-50
• 3.5.3 表面形貌与塑性变形大小50-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 安全阀应力校核53-67
• 4.1 引言53
• 4.2 应力分类及校核方法53-55
• 4.2.1 应力分类53-54
• 4.2.2 极限分析与安定性分析54
• 4.2.3 应力强度限制54
• 4.2.4 主蒸汽安全阀分析设计准则54-55
• 4.3 有限元模型建立55-58
• 4.3.1 物理模型简化55
• 4.3.2 材料参数选取55-57
• 4.3.3 网格划分与边界设定57
• 4.3.4 载荷与边界57-58
• 4.4 有限元计算结果及分析58-66
• 4.4.1 温度场计算结果58-59
• 4.4.2 设计工况分析校核59-61
• 4.4.3 运行工况分析校核61-64
• 4.4.4 地震工况分析校核64-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 总结67
• 5.2 创新点67
• 5.3 展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 硕士期间科研成果74

【参考文献】

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本文编号：1058736