2024年4月25日发(作者：伍岑)
202丨年第2期
文章编号：1002-5855(2021 )02-0063-04
阀
']
— 63 —
穿地阀抗震应力的计算与分析
降宇波
(中国核电工程有限公司，北京100840)
摘要穿地阀是一种通过传动装置穿过辐射防护屏蔽层的特殊阀门，广泛应用于核化工工程
中。由于其直接影响到工艺系统的放射性物质包容、防止核临界、屏蔽辐射等安全功能，属于放化
安全级设备，需要确保其在地震工况下仍能保持完整性。通过对DN40穿地阀在各工况下的计算
栽荷分析，提出了一种基于苛刻载荷条件和严格应力准则的计算方法，并进行了有限元建模、应力
计算及评定，最终确认在地震工况下穿地阀各部件的应力均小于规定限值，满足规范的要求。
关键词核化工用阀；穿地阀；抗震；应力计算；有限元分析
中图分类号:
TH134
文献标志码：
A
The Seismic Stress Analysis of Floor Penetration Valve
JIANG Yu-bo
(China Nuclear Power Engineering Co. ,Ltd. Beijing 100840,China)
Abstract ： Floor Penetration Valve is a type of special valve in the nuclear chemical projects, which u-
sing a actuator penetrating the biological shielding floor. This valve is a type of radiochemical safety e-
quipment (integrity in seismic situation) effecting safety performance such as radioactive containment,
nuclear criticality and radioactive shielding. By the load analysis among different situations, an assumed
envelope calculation method is proposed, based on worse load condition and more conservative criteri
on. After finite element modeling and stress calculation, it is confirmed that the stress of the valve is
less than admissible value, satisfying the specification.
Key words：nuclear chemical valves；floor penetration valve；seismic；stress analysis；finite element anal
ysis
i概述
穿地阀是核化工工程中在较高的放射性和较强
的腐蚀性工作环境下运行的重要设备，是一种通过
传动装置穿过辐射防护屏蔽层的特殊阀门。
穿地阀安装在生物层与放化层2个分区之间的
屏蔽混凝土楼面上，钢筋混凝土屏蔽层将阀门本体
和驱动装置隔开。阀门本体位于放射性较高的设备
室内，可以控制工艺介质的流通，控制阀门启闭的执
行机构位于放射性较低的设备检修间内，适于通过
执行机构进行就地控制和操作。
在工艺管线中，穿地阀用于实现流体介质包容
和阻断，直接影响到工艺系统的放射性物质包容、防
止核临界、屏蔽辐射等安全功能，或可直接或间接导
致工况系统的运行事故。同时，阀门具有防止事故
发生或缓解事故后果的功能，属于放化安全级设备。
2工况特性
根据某工程的设备分级要求，穿地阀的安全等
级为RS-2,抗震等级为II,要求其在SL2地震下
仍能保持完整性[1]。本文选取DN40的穿地阀作为
研究对象，阀门的压力级为PN16,通过对其抗震应
力的分析与评定，以保证阀门在规定载荷作用下满
足NB/T20010. 10 -2010压水堆核电厂阀门m强度
的规范和要求。
穿地阀使用环境苛刻，介质条件特殊，因而其结
构相对于普通阀门而言，比较复杂。穿地阀由阀体、
阀芯、阀瓣、压紧套、套管、传动杆、压紧法兰和执行
作者简介:降宇波（1%3-),男，内蒙古巴彦淖尔人，高级工程师，研究方向为核化工非标设备设计:
— 64— 阀 门 2021年第2期
机构等组成=
阀体、阀瓣、阀盖的材料均为〇22Crl9NilO,螺
栓、套管、压紧套、法兰的材料均为〇6Crl9NilO,
传动杆的材料均为14Crl7Ni2。材料力学性能按
NB/T20010.5 -2010压水堆核电厂阀门奥氏体不
锈钢锻件技术条件3取值，基本许用应力根据NB/
T20010. 10-2010规范确定。
3载荷分析
根据NB/T20010. 10 -2010压水堆核电厂阀门
应力分析和抗震分析的相关规定，穿地阀的计算载
荷包括其自重、内压、接管载荷、地震加速度。表1
给出了各工况下的载荷组合情况以及相应的准则级
别。21
表1阀门的载荷组合及准则级别
工况
自重
内压/MPa
接管载荷系数
地震载荷准则级别
设计工况
g
P
NNL
-
0
正常工况
g
P
NNL
-
A
异常工况
g
1. IPNNLSL1B
紧急工况
g
.2
P
1.5NNL
-
C
事故工况
g
.2
P
2.0NNLSLZD
注：自重载荷的施加方式为在竖直方向施加重力加速度g(g =
9.81 m/s2)〇
(1) 接管载荷
按照NB/T20010. 10 -2010规范确定阀门的接
管载荷，即
M^F,Sy' (I)
式中，h为标准接管的弯曲模量,S/为假设的
连接管道中的最大应力，当连接管道材料为已知时，
可根据260丈（500 T)时管材的屈服强度计算S/。
F„ =0. 393 xdlxP/(f0-PJ (2)
此处采用式（2)计算接管载荷是相对保守的。
其中，依据标准NB/T20010. 1 -2010,得 < 为阀体
大端内径（< =39 mm),计算压力Ps为1. 14 MPa,
为 138 MPa。
根据式（1)、式（2),可以计算得出接管载荷为
40. 20 Nm。该值将作为接管载荷用于阀门的应力
计算。
(2) 地震载荷
在进行抗震计算时，对于整机包括外伸机构的
最低自振频率大于33 Hz的阀门，可采用等效静力
法，即将等效的地震加速度引起的静载荷施加于外
伸结构的重心上，且同时应考虑空间正交3个方向
的等效地震载荷同时作用。因此，应首先进行穿地
阀的模态分析，计算阀门的固有频率模态分析采
用有限元法，固定约束阀门套管埋入墙体部分，气动
执行机构作质点处理，施加在穿地阀压盖上（图1)。
图1阀门模态分析模型
计算采用主要面向大规模结构的有限元分析软
件ANSYS 15.0。模态分析结果显示，前六阶固有频
率分别为 75.07 Hz、75. 09 Hz、102. 37 Hz、102. 38
Hz、198.72 Hz、199.43 Hz。由于阀门第一阶固有频
率高于33 Hz，因此，可采用等效静力法计算地震载
荷引起的应力。依据楼层反应谱，选取穿地阀对应
标高SL2地震谱大于33 Hz水平和竖直方向上的加
速度进行包络，具体数值见表2。
表2地震载荷等效静力加速度
地震载荷
水平X向竖直Y向
水平Z向
SL21.018g1.003g1.060茗
(3) 其他载荷
阀门阀盖与阀体通过压紧套实现压紧，阀瓣与
阀体通过传动杆实现压紧，根据设计要求，在压紧套
处和传动杆处分别施加阀盖压紧力6和阀瓣压紧
力F2〇
(4) 载荷包络
从阀门的载荷分析结果可知，事故工况的载荷
条件最为苛刻，设计工况的准则级别最为严格。其
中，对正常工况、异常工况、事故工况综合为包络工
况。因此，若对包络工况的载荷组合进行分析，并采
用〇级准则进行评价，当包络工况的分析结果满足
〇级准则的应力限值时，设计工况、正常工况、异常
工况、紧急工况、事故工况的分析结果都将自动满
足。故本文只对包络工况进行分析，且包络采用〇
级准则评价。根据载荷要求，包络工况及试验工况
需增加阀盖和阀瓣压紧力，具体载荷组合情况见表
3。
2021年第2期
N
表3包络工况的载荷组合
载荷类型
工况
类型
自重
内压接管载荷地震载荷
阀盖压
岡瓣压
/MPa /Nm
SI2
紧力/N
紧力/N
包络工况
g
.2
P
2.0 NNI.
SI2
厂2
4应力计算
(1)有限元模型
采用Solidl86、Solidl87单元对阀体、阀盖、阀
瓣、压紧套、套管、传动杆、压盖组件进行有限元离散
化。此外，螺栓在计算中主要分析其理论连接强度，
故采用软件标准螺栓计算模型Beam Connection对
螺栓进行建模计算。阀门中的介质作为附加质M均
布在模型中。在应力分析模型中，为避免刚体位移,
对穿地阀埋人墙体的套管施加固定约束，内压施加
于阀门承压边界处，接管载荷均施加于阀门进、出口
端。在压紧套传动链上施加指向-Y轴方向的阀盖
压紧力，在传动杆传动链上施加指向-Y轴方向的
阀瓣压紧力。具体模型、约束及加载如图2所示。
图2阀门有限元模型
(2)应力限值与评定位置
应力评定只涉及总体一次薄膜应力以及总
体/局部薄膜应力与一次完全应力之和crm (或^ )
+ ^。除特别注明区域外，在总体结构不连续区
域，局部薄膜应力与弯曲应力（包括二次弯曲应力）
都按局部薄膜应力加一次弯曲应力评定。
对于阀门结构，取试验工况、包络工况所对应
NB/T20010. 10 -2010规范的应力限值中最严格的
限值,具体限值见表4。
表4阀门结构在包络工况的应力限值
MPa
总体一次薄膜应力 局部薄膜应力加弯曲应力
结构 的限值 〇■,„(0*!) +(Tb的限愤
_________________计算式 限值 计算式 限值
阀体、阀盖、阀瓣 s 115 1.5 S 172
套管、法兰 S 130 1.5 S 195
—65 —
对于套管与阀体连接螺栓，按照GB/T 16702 -
1996压水堆核电厂核岛机械设备设计规范[4中规
定的方法计算与评定，得出各工况下的应力限值。
计算等效压力匕,，为
6Mt 4FU
tt
/);
tt
DJ
(3)
式中尤,为等效压力，吣为外载荷弯矩为
外载荷轴向力，R为垫圈平均直径。计算得出地震
等外载荷的等效压力，并将等效压力与工作压力叠
加后计算与其总压力所对应的螺栓紧固力（表5)。
表
5
阀体与套管连接螺栓各工况的应力限值
MPa
工况
计算式
限值
设计工况
Fs
(
Pr
)/
S^S
52.5
运行工况
FSi/5A ^ min( 25,2/35y)
105.0
其中，S为基本许用应力，5、屈服强度，FS为螺
栓紧固力，FS，为运行工况下的紧固力,为螺栓面
积。
根据相关的计算结果及经验分析，在阀门结构
相对危险的截面上共选取了 13个评定位置。其中，
路径I ~9位于阀体上，路径10 ~ 11位于阀盖上，路
径12 ~ 13位于套管和法兰连接部位。
(3)应力计算与评定结果
根据阀门结构受力分析,在包络工况载荷作用
下，阀内组件和传动推杆为阀门整体受力薄弱环节,
其强度是阀门承压边界完整性必要条件，阀门整体
的应力强度分布云图如图3所示。阀门结构薄膜+
弯曲应力路径评定结果见表6。
图3整体模型应力云图
通过应力分析，在包络工况作用下，阀门阀瓣顶
部与前传动杆连接处应力强度达到最大，为69. 72
MPa,小于其许用应力限值115 MPa。阀内组件压紧
套和传动杆最大应力强度分别为42.94 MPa和
48. 56 MPa,其许用应力限值分别为130 MPa和216
-66 -
N
N
2021年第2期
MPa，最大应力强度均小于其对应的许用应力限值。
表6包络工况作用下阀门结构最大应力与许用值
MPa
)
+ 〇
"b
评定位置
计算值许用值
计算值
许用值
阀体路径1
5.64
115659172
路径2
5.70
5. 66
路径32.793.29
路径44. 27
6. 55
路径56. 156. 49
路径6
7.648.41
路径7
4.74
5. 82
路径8
5.786. 78
路径9
2. 36
3.06
阀盖
路径10
3.331153.58172
路径11
3.783.91
套管与法兰
路径12
4.5913010.29
195
路径13
3.617. 89
经阀门结构最大应力与许用值分析，包络工况
作用下阀门结构应力强度和对应路径上的薄膜+弯
曲应力均小于其相应的限值，满足规范的要求。
(4)螺栓校核
阀体与套管采用8个M20 x 100螺栓连接，按
照GB/T16702 - 1996规范的方法评定。在校核过
程中，考虑自重、内压、阀盖和阀瓣压紧力及地震载
荷作用。其中，设计压力为1.6 MPa，等效压力主要
来自于阀盖和阀瓣压紧力及阀门在地震载荷作用下
产生的惯性力。阀体和阀盖间垫片系数m取4. 25,
比压力y取69.6 MPa,内径为78 mm,外径为83
mm,垫片的平均直径为80. 50 mm。
按等效压力计算式P,.,, = + ^(其中，
为〇，Fa为阀盖、阀瓣压紧力、重力和地震载荷之
和），可以得到运行工况下等效压力为9. 8丨MPa。
将等效压力与工作压力叠加后计算与其总压力所对
应的螺栓紧固力。在等效压力与工作压力共同作用
下，设计工况下螺栓所受预紧力为12.436 kN,运行
工况下螺栓所受预紧力为64. 873 kN。将连接螺栓
各工况的应力评定列于表7。
表7阀体与套管连接螺栓各工况的应力评定
MPa
设计工况运行工况
部件
计算值限值计算值
限值
阀体、套管连接螺栓
6.9153.00
36.04
105.00
阀体与套管连接螺栓各工况的应力评定结果显
示，阀体与套管连接螺栓的应力小于其相应的限值，
满足规范的要求。
5结语
在地震工况下，穿地阀直接影响到工艺系统的
放射性物质包容、防止核临界、屏蔽辐射等安全功
能。穿地阀属于放化安全级设备，需要确保其核化
工工况下的完整性。通过对穿地阀包络工况载荷组
合的计算与分析,提出了应力准则的计算方法，并进
行了有限元建模、应力计算及评定，在规定的地震工
况载荷组合的作用下，穿地阀各部件的应力均小于
规定限值，满足NB/T20010. 10 -2010规范的要求。
参考文献
[1] EJ/T939 -2014,核燃料后处理厂建（构）筑物、系统和部件的
分级准则[S].
[2] NB/T 20010. 10-2010,压水堆核电厂阀门，第10部分：应力
分析和抗震分析[S].
[3] NB/T20010.5 - 2010,压水堆核电厂阀门.第5部分：奥氏体
不锈钢锻件技术条件[S]..
[4] GB/T 16702 - 1996,压水堆核电厂核岛机械设备设计规范
[S],
(收稿曰期：2021 -01 -23)
2024年4月25日发(作者：伍岑)
202丨年第2期
文章编号：1002-5855(2021 )02-0063-04
阀
']
— 63 —
穿地阀抗震应力的计算与分析
降宇波
(中国核电工程有限公司，北京100840)
摘要穿地阀是一种通过传动装置穿过辐射防护屏蔽层的特殊阀门，广泛应用于核化工工程
中。由于其直接影响到工艺系统的放射性物质包容、防止核临界、屏蔽辐射等安全功能，属于放化
安全级设备，需要确保其在地震工况下仍能保持完整性。通过对DN40穿地阀在各工况下的计算
栽荷分析，提出了一种基于苛刻载荷条件和严格应力准则的计算方法，并进行了有限元建模、应力
计算及评定，最终确认在地震工况下穿地阀各部件的应力均小于规定限值，满足规范的要求。
关键词核化工用阀；穿地阀；抗震；应力计算；有限元分析
中图分类号:
TH134
文献标志码：
A
The Seismic Stress Analysis of Floor Penetration Valve
JIANG Yu-bo
(China Nuclear Power Engineering Co. ,Ltd. Beijing 100840,China)
Abstract ： Floor Penetration Valve is a type of special valve in the nuclear chemical projects, which u-
sing a actuator penetrating the biological shielding floor. This valve is a type of radiochemical safety e-
quipment (integrity in seismic situation) effecting safety performance such as radioactive containment,
nuclear criticality and radioactive shielding. By the load analysis among different situations, an assumed
envelope calculation method is proposed, based on worse load condition and more conservative criteri
on. After finite element modeling and stress calculation, it is confirmed that the stress of the valve is
less than admissible value, satisfying the specification.
Key words：nuclear chemical valves；floor penetration valve；seismic；stress analysis；finite element anal
ysis
i概述
穿地阀是核化工工程中在较高的放射性和较强
的腐蚀性工作环境下运行的重要设备，是一种通过
传动装置穿过辐射防护屏蔽层的特殊阀门。
穿地阀安装在生物层与放化层2个分区之间的
屏蔽混凝土楼面上，钢筋混凝土屏蔽层将阀门本体
和驱动装置隔开。阀门本体位于放射性较高的设备
室内，可以控制工艺介质的流通，控制阀门启闭的执
行机构位于放射性较低的设备检修间内，适于通过
执行机构进行就地控制和操作。
在工艺管线中，穿地阀用于实现流体介质包容
和阻断，直接影响到工艺系统的放射性物质包容、防
止核临界、屏蔽辐射等安全功能，或可直接或间接导
致工况系统的运行事故。同时，阀门具有防止事故
发生或缓解事故后果的功能，属于放化安全级设备。
2工况特性
根据某工程的设备分级要求，穿地阀的安全等
级为RS-2,抗震等级为II,要求其在SL2地震下
仍能保持完整性[1]。本文选取DN40的穿地阀作为
研究对象，阀门的压力级为PN16,通过对其抗震应
力的分析与评定，以保证阀门在规定载荷作用下满
足NB/T20010. 10 -2010压水堆核电厂阀门m强度
的规范和要求。
穿地阀使用环境苛刻，介质条件特殊，因而其结
构相对于普通阀门而言，比较复杂。穿地阀由阀体、
阀芯、阀瓣、压紧套、套管、传动杆、压紧法兰和执行
作者简介:降宇波（1%3-),男，内蒙古巴彦淖尔人，高级工程师，研究方向为核化工非标设备设计:
— 64— 阀 门 2021年第2期
机构等组成=
阀体、阀瓣、阀盖的材料均为〇22Crl9NilO,螺
栓、套管、压紧套、法兰的材料均为〇6Crl9NilO,
传动杆的材料均为14Crl7Ni2。材料力学性能按
NB/T20010.5 -2010压水堆核电厂阀门奥氏体不
锈钢锻件技术条件3取值，基本许用应力根据NB/
T20010. 10-2010规范确定。
3载荷分析
根据NB/T20010. 10 -2010压水堆核电厂阀门
应力分析和抗震分析的相关规定，穿地阀的计算载
荷包括其自重、内压、接管载荷、地震加速度。表1
给出了各工况下的载荷组合情况以及相应的准则级
别。21
表1阀门的载荷组合及准则级别
工况
自重
内压/MPa
接管载荷系数
地震载荷准则级别
设计工况
g
P
NNL
-
0
正常工况
g
P
NNL
-
A
异常工况
g
1. IPNNLSL1B
紧急工况
g
.2
P
1.5NNL
-
C
事故工况
g
.2
P
2.0NNLSLZD
注：自重载荷的施加方式为在竖直方向施加重力加速度g(g =
9.81 m/s2)〇
(1) 接管载荷
按照NB/T20010. 10 -2010规范确定阀门的接
管载荷，即
M^F,Sy' (I)
式中，h为标准接管的弯曲模量,S/为假设的
连接管道中的最大应力，当连接管道材料为已知时，
可根据260丈（500 T)时管材的屈服强度计算S/。
F„ =0. 393 xdlxP/(f0-PJ (2)
此处采用式（2)计算接管载荷是相对保守的。
其中，依据标准NB/T20010. 1 -2010,得 < 为阀体
大端内径（< =39 mm),计算压力Ps为1. 14 MPa,
为 138 MPa。
根据式（1)、式（2),可以计算得出接管载荷为
40. 20 Nm。该值将作为接管载荷用于阀门的应力
计算。
(2) 地震载荷
在进行抗震计算时，对于整机包括外伸机构的
最低自振频率大于33 Hz的阀门，可采用等效静力
法，即将等效的地震加速度引起的静载荷施加于外
伸结构的重心上，且同时应考虑空间正交3个方向
的等效地震载荷同时作用。因此，应首先进行穿地
阀的模态分析，计算阀门的固有频率模态分析采
用有限元法，固定约束阀门套管埋入墙体部分，气动
执行机构作质点处理，施加在穿地阀压盖上（图1)。
图1阀门模态分析模型
计算采用主要面向大规模结构的有限元分析软
件ANSYS 15.0。模态分析结果显示，前六阶固有频
率分别为 75.07 Hz、75. 09 Hz、102. 37 Hz、102. 38
Hz、198.72 Hz、199.43 Hz。由于阀门第一阶固有频
率高于33 Hz，因此，可采用等效静力法计算地震载
荷引起的应力。依据楼层反应谱，选取穿地阀对应
标高SL2地震谱大于33 Hz水平和竖直方向上的加
速度进行包络，具体数值见表2。
表2地震载荷等效静力加速度
地震载荷
水平X向竖直Y向
水平Z向
SL21.018g1.003g1.060茗
(3) 其他载荷
阀门阀盖与阀体通过压紧套实现压紧，阀瓣与
阀体通过传动杆实现压紧，根据设计要求，在压紧套
处和传动杆处分别施加阀盖压紧力6和阀瓣压紧
力F2〇
(4) 载荷包络
从阀门的载荷分析结果可知，事故工况的载荷
条件最为苛刻，设计工况的准则级别最为严格。其
中，对正常工况、异常工况、事故工况综合为包络工
况。因此，若对包络工况的载荷组合进行分析，并采
用〇级准则进行评价，当包络工况的分析结果满足
〇级准则的应力限值时，设计工况、正常工况、异常
工况、紧急工况、事故工况的分析结果都将自动满
足。故本文只对包络工况进行分析，且包络采用〇
级准则评价。根据载荷要求，包络工况及试验工况
需增加阀盖和阀瓣压紧力，具体载荷组合情况见表
3。
2021年第2期
N
表3包络工况的载荷组合
载荷类型
工况
类型
自重
内压接管载荷地震载荷
阀盖压
岡瓣压
/MPa /Nm
SI2
紧力/N
紧力/N
包络工况
g
.2
P
2.0 NNI.
SI2
厂2
4应力计算
(1)有限元模型
采用Solidl86、Solidl87单元对阀体、阀盖、阀
瓣、压紧套、套管、传动杆、压盖组件进行有限元离散
化。此外，螺栓在计算中主要分析其理论连接强度，
故采用软件标准螺栓计算模型Beam Connection对
螺栓进行建模计算。阀门中的介质作为附加质M均
布在模型中。在应力分析模型中，为避免刚体位移,
对穿地阀埋人墙体的套管施加固定约束，内压施加
于阀门承压边界处，接管载荷均施加于阀门进、出口
端。在压紧套传动链上施加指向-Y轴方向的阀盖
压紧力，在传动杆传动链上施加指向-Y轴方向的
阀瓣压紧力。具体模型、约束及加载如图2所示。
图2阀门有限元模型
(2)应力限值与评定位置
应力评定只涉及总体一次薄膜应力以及总
体/局部薄膜应力与一次完全应力之和crm (或^ )
+ ^。除特别注明区域外，在总体结构不连续区
域，局部薄膜应力与弯曲应力（包括二次弯曲应力）
都按局部薄膜应力加一次弯曲应力评定。
对于阀门结构，取试验工况、包络工况所对应
NB/T20010. 10 -2010规范的应力限值中最严格的
限值,具体限值见表4。
表4阀门结构在包络工况的应力限值
MPa
总体一次薄膜应力 局部薄膜应力加弯曲应力
结构 的限值 〇■,„(0*!) +(Tb的限愤
_________________计算式 限值 计算式 限值
阀体、阀盖、阀瓣 s 115 1.5 S 172
套管、法兰 S 130 1.5 S 195
—65 —
对于套管与阀体连接螺栓，按照GB/T 16702 -
1996压水堆核电厂核岛机械设备设计规范[4中规
定的方法计算与评定，得出各工况下的应力限值。
计算等效压力匕,，为
6Mt 4FU
tt
/);
tt
DJ
(3)
式中尤,为等效压力，吣为外载荷弯矩为
外载荷轴向力，R为垫圈平均直径。计算得出地震
等外载荷的等效压力，并将等效压力与工作压力叠
加后计算与其总压力所对应的螺栓紧固力（表5)。
表
5
阀体与套管连接螺栓各工况的应力限值
MPa
工况
计算式
限值
设计工况
Fs
(
Pr
)/
S^S
52.5
运行工况
FSi/5A ^ min( 25,2/35y)
105.0
其中，S为基本许用应力，5、屈服强度，FS为螺
栓紧固力，FS，为运行工况下的紧固力,为螺栓面
积。
根据相关的计算结果及经验分析，在阀门结构
相对危险的截面上共选取了 13个评定位置。其中，
路径I ~9位于阀体上，路径10 ~ 11位于阀盖上，路
径12 ~ 13位于套管和法兰连接部位。
(3)应力计算与评定结果
根据阀门结构受力分析,在包络工况载荷作用
下，阀内组件和传动推杆为阀门整体受力薄弱环节,
其强度是阀门承压边界完整性必要条件，阀门整体
的应力强度分布云图如图3所示。阀门结构薄膜+
弯曲应力路径评定结果见表6。
图3整体模型应力云图
通过应力分析，在包络工况作用下，阀门阀瓣顶
部与前传动杆连接处应力强度达到最大，为69. 72
MPa,小于其许用应力限值115 MPa。阀内组件压紧
套和传动杆最大应力强度分别为42.94 MPa和
48. 56 MPa,其许用应力限值分别为130 MPa和216
-66 -
N
N
2021年第2期
MPa，最大应力强度均小于其对应的许用应力限值。
表6包络工况作用下阀门结构最大应力与许用值
MPa
)
+ 〇
"b
评定位置
计算值许用值
计算值
许用值
阀体路径1
5.64
115659172
路径2
5.70
5. 66
路径32.793.29
路径44. 27
6. 55
路径56. 156. 49
路径6
7.648.41
路径7
4.74
5. 82
路径8
5.786. 78
路径9
2. 36
3.06
阀盖
路径10
3.331153.58172
路径11
3.783.91
套管与法兰
路径12
4.5913010.29
195
路径13
3.617. 89
经阀门结构最大应力与许用值分析，包络工况
作用下阀门结构应力强度和对应路径上的薄膜+弯
曲应力均小于其相应的限值，满足规范的要求。
(4)螺栓校核
阀体与套管采用8个M20 x 100螺栓连接，按
照GB/T16702 - 1996规范的方法评定。在校核过
程中，考虑自重、内压、阀盖和阀瓣压紧力及地震载
荷作用。其中，设计压力为1.6 MPa，等效压力主要
来自于阀盖和阀瓣压紧力及阀门在地震载荷作用下
产生的惯性力。阀体和阀盖间垫片系数m取4. 25,
比压力y取69.6 MPa,内径为78 mm,外径为83
mm,垫片的平均直径为80. 50 mm。
按等效压力计算式P,.,, = + ^(其中，
为〇，Fa为阀盖、阀瓣压紧力、重力和地震载荷之
和），可以得到运行工况下等效压力为9. 8丨MPa。
将等效压力与工作压力叠加后计算与其总压力所对
应的螺栓紧固力。在等效压力与工作压力共同作用
下，设计工况下螺栓所受预紧力为12.436 kN,运行
工况下螺栓所受预紧力为64. 873 kN。将连接螺栓
各工况的应力评定列于表7。
表7阀体与套管连接螺栓各工况的应力评定
MPa
设计工况运行工况
部件
计算值限值计算值
限值
阀体、套管连接螺栓
6.9153.00
36.04
105.00
阀体与套管连接螺栓各工况的应力评定结果显
示，阀体与套管连接螺栓的应力小于其相应的限值，
满足规范的要求。
5结语
在地震工况下，穿地阀直接影响到工艺系统的
放射性物质包容、防止核临界、屏蔽辐射等安全功
能。穿地阀属于放化安全级设备，需要确保其核化
工工况下的完整性。通过对穿地阀包络工况载荷组
合的计算与分析,提出了应力准则的计算方法，并进
行了有限元建模、应力计算及评定，在规定的地震工
况载荷组合的作用下，穿地阀各部件的应力均小于
规定限值，满足NB/T20010. 10 -2010规范的要求。
参考文献
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分析和抗震分析[S].
[3] NB/T20010.5 - 2010,压水堆核电厂阀门.第5部分：奥氏体
不锈钢锻件技术条件[S]..
[4] GB/T 16702 - 1996,压水堆核电厂核岛机械设备设计规范
[S],
(收稿曰期：2021 -01 -23)