艇用止回阀抗冲击分析求解路线探究

艇用止回阀抗冲击分析求解路线探究基于Ansys对艇用止回阀抗冲击要求开展分析，求解了止回阀冲击应力结果，并对其开展评定。获得了止回阀抗冲击分析的常用方法，缩短了研发周期。1、概述

艇用止回阀水平安装在非能动余热排出系统管路上，是二回路系统压力边界的一部分，止回阀利用介质的流动实现自动开、关阀门。当阀前的管道发生破裂或断裂事故时，止回阀自动关闭，以防止蒸汽发生器二次侧水丧失。由于该阀门所处的使用环境及部位，要求其抗冲击等级为Ⅰ类。2、分析

阀门主体材料的屈服强度和抗拉强度均为常温下的值。各部件的许用应力按照规范2级阀门确定。即屈服强度为室温下规定的最小屈服强度的2/3与设计温度下屈服强度的2/3中的较小值，抗拉强度为室温下规定的最小抗拉强度的1/4与设计温度下抗拉强度的1/4中的较小值。根据GB842.31A及ASME的相关规定，止回阀的抗冲击评定载荷工况组合如下表1所示。

设计工况评定限制最严格，分析中只评定设计工况和水压试验工况。阀门的承压边界主要包括阀体和阀盖。从力学特性分析，可以认为阀体和阀盖作为一个整体来承受内压产生的载荷。因此，在建立有限元模型时，将阀体和阀盖作为一个整体开展建模(图1)，忽略连接螺栓的影响，但将中法兰螺柱的初始紧固力作为载荷施加到阀体和阀盖的法兰上。真空技术网(http:///)考虑到地震载荷的非对称性，模型取实际构造的三维模型开展网格划分。而内部部件则忽略其刚度，只将其质量叠加到模型中去。各个法兰在接触面处合并成一个整体。分析采用的坐标系Y向为垂直方向，Z向为沿阀体的通径方向。

表1抗冲击评定载荷工况

注:设计工况所评定载荷工况组合已包含工况1、2、3、4所评定的载荷工况。

模型用四面体10节点单元建立，共有17484个节点，67669个单元。有限元分析使用的前处理软件为Hyperworks，计算软件为ANSYS。阀体通径的左端面约束沿Z向和切向平动位移，右端面约束沿Z向和切向平动位移。模型中的载荷有4种。①设计内压P=15.1MPa，作用于阀体和阀盖的内腔上。②中法兰螺柱的初始紧固力，即作用于阀体主法兰的8个螺纹孔的侧面(紧固力方向向上)和阀盖主法兰的8个螺栓孔的顶端面(紧固力方向向下)。③自重，即1.0g的加速度载荷，沿-Y方向作用于阀体的全部质量上。④冲击载荷，采用频谱分析法开展计算。

图1阀门整体的有限元模型

首先开展模态分析，以了解构造的整体动力学特性。计算说明，阀门整体构造的基频为462Hz(图2)，第2阶频率为1009Hz(图3)，阀门整体构造的前两阶振型均表现为阀门整体的摆动。对于设备而言，一般认为基频超过33Hz即可认为是刚性体，因此可认为阀门整体构造的刚度足够大，在地震中可以视其为是刚体。

图2阀门的第1阶振型

图3阀门的第2阶振型3、设计工况计算

3.1、低频区

对于低频区(0～10Hz)，主要施加位移谱，垂向和横向施加强迫位移20mm、纵向施加强迫位移10mm(图4)。对阀体开展应力评价。阀体最大应力点位于阀体与法兰连接的轴颈处，最大应力为179.4MPa，是一个整体构造不连续区域。最大应力点处的一次薄膜应力强度不超过38MPa，一次薄膜加一次弯曲应力强度(即一次应力强度)不超过98MPa，一次应力强度加二次应力强度不超过124MPa，超过二次应力强度的应力属于峰值应力强度。

图4低频冲击条件下阀门整体的应力分布

3.2、中频区

对于中频区(10～160Hz)，主要施加速度谱，垂向和横向施加速度1.2m/s、纵向施加速度0.61m/s(图5)。对阀体开展应力评价，阀体最大应力点位于阀体与法兰连接的轴颈处，最大应力为190.6MPa，是一个整体构造不连续区域。最大应力点处的一次薄膜应力强度不超过42MPa，一次薄膜加一次弯曲应力强度(即一次应力强度)不超过105MPa，一次应力强度加二次应力强度不超过137MPa，超过二次应力强度的应力属于峰值应力强度。

图5中频冲击条件下阀门的应力分布

3.3、高频区

对于高频区(160～800Hz)，主要施加加速度谱，垂向和横向施加速度125g、纵向施加加速度61g(图6)。对阀体开展应力评价。阀体最大应力点位于阀体与法兰连接的轴颈处，最大应力为375.8MPa，是一个整体构造不连续区域，最大应力点处的一次薄膜应力强度不超过68MPa，一次薄膜加一次弯曲应力强度(即一次应力强度)不超过125MPa，一次应力强度加二次应力强度不超过167MPa，超过二次应力强度的应力属于峰值应力强度。

图6高频冲击条件下阀门的应力分布4、水压试验工况

水压试验工况下主要对阀体施加1.1倍设计压力的载荷(图7)。对水压试验工况下阀体的应力分布开展分析，阀体最大应力点位于阀体与法兰连接的轴颈处，最大应力为101.4MPa，是一个整体构造不连续区域，最大应力点处的一次薄膜应力强度不超过65MPa，一次薄膜加一次弯曲应力强度(即一次应力强度)不超过110MPa。

图7水压试验工况下阀门的应力分布5、应力评价

应力评价见表2。

表2应力评价6、结语

通过对艇用止回阀的地震和冲击条件下的力学计算，得出