控制阀抗地震结构研究

研究控制阀抗地震结构改进的最好方法是逐一研究它的主要零部件，它们是阀体、阀盖、与阀盖相连的驱动装置和装置驱动装置上的附件。 

阀体： 

阀体是必不可少的管线系统理，如果管线系统符合要求，阀门也必然符合要求。根据该法规，如果管线和阀体都是根据法规所设计的，而制造者能显示出阀门中最弱的部分也比管线强度高，那么这阀门就认为是合格的。这主要应表现出阀门 的剖面积和剖面膜数值至少要比管线的高10 ％ 。如果管线和阀门的材质不同，那就要考虑它们之间所能承受压力的差别。

对于同样管线尺寸的阀门和管线来说，可以毫无疑问证明是符合要求时；典型的情况是阀门强度要比与之连接的管线高 300 ％ ～400 ％ ， 但是当使用渐缩管或阀门比管线尺寸小2倍或更多时。就产生问题了。这个问题可以用几种方式减缓，一种简单的方式是将阀门内件面积与管线尺寸相同。这种简易的方式有其不可取之处，因为用一个大尺寸的阀门就意味着更高的成本。

另一个方法是从买主那了解管线负荷和施行应力分析。自然，施行应力分析也会增加生产成本，特别是如果应用计算机方法逐一限定的元件。

第3种解决方式是用高压力系数的阀体 (也就是说用ANSl600级而不是用150级 ） ，这将增大金属剖截面，使金属材料增加，但可能比用大尺寸阀门的成本要低。当然，这几种方式结合在一起可以达到最佳效果。 

一般来说，控制阀阀体的结构不需要有更多的改变就适应抗地震的要求，通常阀体比管线强度高，而采用应力分析的方法也很简单。偶尔也需要利用一些技术改造，利用选择阀门尺寸和压力系数，同时来满足要求。 

阀盖： 

从抗地震分析的观点看，阀盖可以视为一个“中间支撑结构”。管线系统的地震运动必须经过阀盖方能到达驱动装置。因此，阀盖必须能承受住驱动装置的动力学作用。对于它自身， 阀盖是阀门中一个非常强的部分，然而因为它自身的基本结构，它很难精确地分析。 

阀盖必须能支撑住固定在其上的驱动装置。有些驱动装置常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明显的动力影响。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加管壁和法兰厚度和重新设计驱动装置与阀盖的连接方式的受力状态，相反是增加硬度和稳定性。 阀盖越是坚固，阀门各部件的总体上的固有频率就越能保持得尽可能高。 

阀门驱动装置： 

阀门驱动装置是最受核动力工业抗地震限定条件影响的控制阀部件。正像阀门中别的部分一样，驱动装置结构已基本上十几年保持不变了，直到阀门制造商不得不通过检验证明抗地震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固定在阀盖上，以提供一个连接阀杆和驱动装置的位置、以及提供一个用来安装附件的位置 (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，典型的类型是弹簧膜板、气缸、液压千斤顶和电机。 

在大多数情况下支架由铸铁制成，并用一些大的紧固螺母与阀盖连接在一起，然而因为必须承受像地震这样的动力负荷的需要，就必须改变设计。

首先改变的是材质，最初所用的材质铸铁，非常适合最初的设计负荷，即主要的驱动装置推力。铸铁有一个问题，它很脆的材料对于大的冲击负荷和低转疲劳负荷损坏非常敏感，因此将铸铁材料改为铸钢材料、通常是ASTM一 216 WCB型，这个改变是容易实现的，因为设计和模具都是相同的，机加工也是相同的，只是材料改变而已。 

下一个改变就比较困难，许多抗地震检验的结果证实支架和阀盖的连接必须重新设计，紧固螺母比起初的设计性能要高，然而抗地震检验的动力负荷情况结果中显露出一些问题：

首先，支架是支撑在阀盖的小座上，这足够支撑延伸出来的驱动装置的推力负荷，因为所有组件都是受压力作用，然而，在驱动装置的基部没有足够的支撑面来保持尽可能高的支架的坚固程度。 

其次，紧固螺母在抗地震检验中倾向于松动。一次地震试验的过程要比任何一次可能遇到的地震都剧烈，而且这种松动不像铸铁的断裂那样是灾难性的。 尽管如此，在紧固螺母这样的关键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，它意味着支架和阀盖间的连接一旦松动。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连接上都做了改进，设计的基本思想是在支架和阀盖上提供一个大的接触面，提供一个防止驱动装置转动和连接处的松动，使支架和 阀盖间的连接更坚同。在阀盖和支架间提供一个大的接触面的设计是相当容易的。 阀盖的浇铸模型做了临时或永久地改进，以提供一个紧固驱动装置的固定法兰或是在现有阀盖上焊接一块平板。

如何使驱动装置坚固可取决于设计者的措施。它包括最初的紧固螺母结构，其它的方式有：将驱动装置和阀盖法兰螺栓相接或压板放于用螺栓固定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固定在支架上。 

驱动装置设计中根据抗地震的基本原则也进行了部分修改。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。尽管 (这将在后就讨论)这些改变的目的不是讨论起来十分简单，但实际上这些原则执行起来却十 分困难 。例如：为了提高强度就必须增加材料 (增加质量)，因为动力源必须用支架支撑，重心也只能降低到有限的程度，很多情况下为了适应抗地震必要条件就必须用结构钢安装驱动装置或额外增加支撑。 

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范围内的固定频率，为了抗地震需要而重新设计驱动装置几乎是进行一个全新的设计。增加基座使用螺栓固定阀盖 。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，通过去掉多余的材料使重心降低。结果使驱动装置在同样的阀门上有相同的功能。它的同有频率完全在 33Hz之上。为了满足核电站抗地震条件要求，控制阀驱动装置经历了相当大的结构改进。这些改进包括材料、连接方式和总体结构的设计，结果是常常用一种类型的设计和—项工程改革，就能满足工业产品的需要。 

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，固定在驱动装置上的附件类型包括：限位开关，电磁阀、定位器，空气过滤调节 器、空气减压阀和电气转换器。附件的数量和类型，以阀门的功能和使用者的需要为准。

在气动装置上这些附件同驱动装置相比尺寸都比其要小，这就是说附件的安装不会显著影响整个阀门部件的动力学特性。然而附件和它们的固定设备对阀门的抗地震能力确实有一定影响。 

例如：考虑到限位开关的安装，如果用一种弹性的方式安装，它就会失去与阀杆连接，因此就会给控制室传导一个错误的信号。或者是将空气过滤器和电磁阀挠性连接。挠性连接和它固有的大的偏移将不会产生像限位开关的固定而导致的错误信号，但是它能使连接的铜管工作险难和断裂，因此使阀门不能工作。对于控制阀的抗地震要求来说，产生错误信号、气体管路的断裂和别的事件的发生是不合格的。 

附件的设计和安装也必须根据驱动装置的抗地震结构的原则： 

1)保持足够高的硬度；

2)有最小的体积；

3)为了保持低重心，使有效的重量尽可能低。 

通常附件的结构改变主要是利用安装架，对于一般工业来说仅有的要求是固定元件使其能够工作并能承受装运、安装和正常操作，然而对于核电站的应用就不够了。 

举一个例子，常规定位器安装架是用于一般工业的，制作它很容易并能很好地完成工作，但地震试验结果显示在地震状况下将会发生过多的偏移，“一般工业用”的安装架在硬度上不能满足核电站的抗地震要求。 为满足抗地震要求对控制阀附件已进行了设计上的改变，这些附件最明显的改变是重新设计安装架，其结果证明在震中产生的位移最小。 

前景： 

核电站抗地震要求的进展是很难于预测的，同样，控制阀将来的设计改进也是难以预测的，但可以预测将来的发展不会像以前那样快。 

已证明现存设备的抗地震情况和当前设计对早期设计进行不大的改进是可能的，所有正在运行的核电站证明涉及安全的电设备能承受热、辐射和潮湿的影 响，许多设备已被“经检定”的设备替代。以后的产品将注明合格的抗地震设备，这对于最早被建立的没有抗地震要求的老核电站或微型设备在设计中的增强是特别重要的。 

也许新的抗地震设计设备将替代老设备，铸铁驱动装置将被铸钢替代，紧固螺栓连接方式将替代紧固螺母连接方式，设备限制低的加速率并且又有小的固有频率条件将被坚固阀门替代而且附件限制在 3.0g或4.5g输入加速度的水平上。 

更多动态，请关注我们官方网站：www.tuxren.com，或者关注我们的微信平台：asmecn

     本文系网络转载，如涉及作品版权问题，请与我们联系

ASME中国制造感谢您一直以来的支持, 谢谢！

欢迎关注ASME中国制造微信公众号：

长按二维码