{title}{title}
|
选题名称 |
AP1000核电止回阀的抗震分析 |
||||
|
研究的目的 及意义 |
在核电站中，各类核电阀门是最重要的安全设备之一。它在设计、制造和检验等各个环节上相比于普通阀门要求要高得多。而在设计核电站的过程中，要求核级阀门在电站遭受地震或者在地震后( 安全停堆地震 SSE 和运行基准地震 OBE)，阀门能够继续维持其结构和承压边界的完整性和良好的工作特性。因此我们必须对核级阀门的抗震性提出设计要求。并实施有效的论证和分析，综合评价阀门的受力状态，最终考核阀门的强度是否符合要求。 |
||||
|
国内外同类 研究概况 |
核安全级阀门是一种辅助设施BOP系统用阀。据统计，一座具有两台百万千瓦级核电机组二代加核电厂约有各类阀门数万台。 现在以核岛中的阀为例，其使用数量占总数比例依次为截止阀约33.6%，隔膜阀约为26.2%，球阀约12.8%，止回阀约7.2%，蝶阀约5.7%，闸阀约5.0%，调节(控制)反约3.5%，疏水阀约0.3%，减压阀约0.2%，其他阀门约5.5%。 目前国内已具备制造和加工诸如闸阀、截止阀、止回阀、安全阀、调节阀等的能力。同时也面临和存在一些急需解决的问题。如核电阀门技术标准和规范还不是很完善；我们国家还缺乏核电阀门研发平台且试验验证手段相比发达国家还很落后。这些都是制约核电重要阀门研发的重要问题。目前市场竞争激烈且与国外先进水平相比还有一定的差距。 |
||||
|
研究内容 及计划 |
本课题拟以第三代核电AP1000的某型止回阀为研究对象，研究内容包括如下： （1） 对止回阀在地震载荷及设计组合载荷作用下的结构完整性和可运行性进行有限元分析，计算阀门整体及其主要部件的模态； （2） 根据相关核安全法规的要求，对承压边界部件作出应力评定、强度校核以及能动部件的变形评价。 研究计划: 第1周至第2周(2.20~~3.3) 查阅文献，撰写开题报告。 第3周至第4周(3.4~~3.18) 软件学习。 第5周至第6周(3.19~~4.1) 三维建模 第7周至第9周(4.2~~4.22) 有限元分析计算。 第10周至第14周(4.23~~5.26) 撰写设计说明书。 第15周或第17周(5.27~~6.1) 准备毕业设计答辩。 |
||||
|
特色与创新 |
|
||||
|
指导教师 意 见 |
指导教师签名： 年 月 日 |
||||
文献综述
1 研究背景及意义
自从1939年德国人哈恩Hahn和施特拉斯曼Strassmann在世界上首先发现了核裂变现象以来,核能技术的应用开始进入人类社会。1942年美国在芝加哥建立了世界上第一座实验性核反应堆，紧接着1954年在苏联建成第一座核电站。此后,英国、法国、日本等国家也开始迅速发展了自己的核能工业。据相关统计介绍,全世界现有核电机组(包括在建的)近500座,总的容量达40万MW(4亿kW)以上。其中反应堆的堆型中一半以上是压水堆(PWR),其次为沸水堆(BWR),约占20%。以下依次为重水堆(PHWR),约占10%,气冷堆(GCR),约占7%;石墨慢化轻水堆(LGR)和快中子增殖堆(FBR),约各占3%。[1]美国三哩岛和前苏联的切尔诺贝利核电站相继发生核泄漏事故之后,核设施的安全性引起了世界各国的广泛重视。在设计核电站时，我们要求电站遭受地震时或者地震后，阀门能继续维持其结构和承压边界的完整性及良好的工作特性。因此必须在设计时对核级阀门产品在抗震性方面提出设计要求，并对其实施有效的论证和分析。然后综合评价阀门的受力状态，最终考核阀门的强度是否符合要求。
改革开放以来，国民经济迅速复苏，对我国能源行业也提出了非常紧迫的要求。目前，从保证我国的能源安全、使得优化能源结构和支持国民经济可持续发展等多方面需要出发。我国已相继制订了“立足于火电，大力发展水电并适度开发新能源”的政策。而我国核电的建设也正在从试验性、补偿性调整为向战略性和进取性的发展。[2~4]这对于我国的核电事业是一个极好的发展机会，而安全可靠的核电站阀门的巨大需求也给国内外阀门生产厂商带来了广阔的市场前景。
2 国内外核电阀门抗震分析现状
2.1 国外核电阀门抗震分析的发展状况
在世界各个发达国家中，核电发电在整个电力体系中都占有十分重要的地位。比如美国，就是核电发展的先驱。而世界上第一台用于发电的核反应堆就是美国爱达荷州的实验型增值反应堆(EBR-1)，并于1951年该反应堆开始进行实验。同年，美国原子能委员会在宾夕法尼亚州建造了60兆瓦的船载演示型压水反应堆，并在1957年开始运行预计运行至1982年。[5]在这个数据上。比中国早了近30年。与此同时在美国，有线元分析技术和计算机模拟仿真技术也开始孕育而生，并且取得了相当快且好的发展。也正因为如此，这些发达国家对核电阀体的设计、计算、阀体抗震实验和结构分析手段都比中国要先进的多。
2.2 我国核电阀门方面的抗震分析现状
核电作为一种新型能源，其在世界范围内都得到了广泛的运用，并且取得了显著的效果。在不少国家，尤其是西方发达国家，其核电的占有量甚至已经达到25%以上。并且，在核级阀门的安全性上也十分可靠。与此同时在中国，核电的发电量却仅仅只达到总发电量的1%，很明显我国核电的利用和开发距发达国家还是有一定的差距。
目前，我国对核电阀门抗震分析方面一般采用计算机软件计算和经验公式计算相结合的方法。伴随着科技和基础理论的进步与发展，在现代核电站抗震设计中，有限元分析已成为各类相关设备抗震分析与评价的主要仿真工具。[6]
3 核电阀门抗震分析概况
3.1 我国核电阀门的发展及存在的不足
当前，随着社会经济与科学技术的快速发展，各项能源的供应也提出了紧迫的需求。与此同时，为了保证经济发展能够平稳快速的发展，我国制定了一系列的补偿性措施。立足于可持续发展和优化能源结构，提出风力发电和核能发电。[7]在政策的支持下和市场需求下，对于核电事业来讲，是一次难能可贵的机会。而在核能发电中，核安全是逃避不了的问题。因此，对于可靠的核电阀门的需求便随之而来，给了核电阀门这个市场以巨大的需求，前景也相当乐观。
我们通常所指的核电阀门是一种水压设备。在核电站运行过程中，这种水压设备使用面广且需求量大，它负责连接核电站大约300多个子系统，是确保核电站安全运行的重要附件。自1950年以来，我国就开始运用和研究核动力这一新型技术。[8~9]而众所周知的秦山核电站则是我国自行研发和建造的第一座压水堆核电站。就全国而言，迄今为止已建成多座核电站，且目前的数量还在增加。
就当前的情况而言，我国核电当中的核电阀门，除了秦山核电站一二期采用的是部分国产的核电阀之外，其他的常规核岛几乎都是进口的。再者，从维修费的层面上来看。核电阀门的维修费占整个核电站费用的一半以上，其维修成本也是相当高昂。但是总的来说，我国也在不断改进和研发国产阀门，且取得了不错的效果。从长远来看，既是发展的机遇所在，同时也是对核电阀门的考验。[10]
3.2 抗震分析方法的研究
在核电站的设计中，要求核电站在遭受地震期间，阀门能够继续维持其结构和承压边界的完整性及良好的工作特性。因此必须对核级阀门产品提出抗震的设计要求并且对其实施有效的论证和分析。
阀门必须做抗震计算。计算的目的是为了保证阀门在地震载荷时，仍能够保持其结构的完整性，和承边压力的完整性。因此，必须选择阀门样机做抗震试验，其目的除了验证其计算结果的准确性外，更重要的是考核阀门组件在抗震情况下能否保持其功能的可靠性。近年来，由于在基础理论上的突破和有限元分析的广泛应用，已经可以利用该技术对设备进行抗震分析和数值仿真，这对结构的优化起到了很好的效果。
在实际的分析过程中，我们会遇到各种复杂问题。比如所需分析实体的结构复杂性，此时，运用有限元分析法，就可以将结构的离散化。主要是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析。然后得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析。这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。
ANSYS有限元软件的应用使得有限元法可以从数值仿真的角度实现等效静力分析、反应谱分析[1][11~13]和直接时程响应分析等抗震分析方法。国内外很多学者和科研人员，如S. Rizzuti[14]，P. F. Liu[15]分别在电火花加工工艺和韧性钢拉伸性能方面进行有限元分析，并取得进步。后来许许多多的工程技术人员也利用ANSYS进行有限元分析，解决了很多工程技术上的难题。
4 总结
随着核电工业的不断发展，对核电站设备的高性能、可靠性以及安全性的要求越来越高，这就意味着对核电阀门的需求与要求也越来越高，越来越大。目前，在至关重要的安全性方面，检测和监测条件还很欠缺，因此在诸如地震，海啸等恶劣自然条件下，依然会对人类的安全造成威胁。一旦发生意外，那便是灭顶之灾。因此如果能利用有限元分析法，在实验室中为我们提供有效的关于在较强震动中仿真技术，并应用ANSYS进行抗震分析，计算出阀门设备的各重要部件所承受的应力，然后对阀门安全性和可靠性进行评定。而在核电阀门应用中，止回阀的高参数和高性能是关注的主要问题，通过采用ANSYS 对止回阀进行建模并且在地震工况条件下进行模态分析，综合分析数据，对阀门的设计提出抗震要求，可以保证阀门在地震事故工况条件下保持结构完整性及可运行性。参考文献
-
[1]王亚利. 核电阀门技术的现状及发展方向[J]. 科技创新与应用,2014,(10):56-68.[2]施业寿.核电阀门国产化分析[J]. 阀门,2013,(1):46-68.[3]高院生. 核电阀门的现状与趋势[J]. 科技风,2013,(6):27-36.[4]王忠诚,沈明启.核电阀门的技术现状及发展方向[J]. 科技创新与应用,2013,(19):89-102.[5]南宫俊. 国外核电阀门概况[J]. 流体工程,1987,(5):23-43. [6]AP1000核电阀门制造要求概述[J]. 科技创新与应用,2013,(29):42-56.[7]黄海,张相彬,曹宏涛,李杨. 核电阀门的技术现状及发展方向[J]. 阀门,2005,(3):12-33.[8]张宗列. 核电阀门国产化研制开发[J]. 通用机械,2012,(1):24-34.[9张兴法. 核电阀门国产化研究[J]. 中国核电,2011,(2):45-76.[10]张晓英. 我国阀门行业在创新中稳步前行——访浙江超达阀门股份有限公司总工程师 邱晓来[J]. 通用机械,2012,(10):102-134.[11]周折. ANSYS WORKBENCH在工程仿真中的应用[J]. 内燃机与配件,2016,(8):42-67.[12]喻永巽. ANSYS Workbench的应用现状及分析[J]. 机电工程技术,2014,(9):25-88.[13]李春旺,解武杰,杨尊袍,傅振堂,孙强,. 基于UG预处理的ANSYS有限元分析方法[J]. 空军工程大学学报(自然科学版),2009,(5):63-69.[14] Rizzuti,S.amp;D. Umbrello .amp;L. Filice.amp;L. Settineri. Finite element analysis of residual stresses in machining[J]. International Journal of Material Forming,2010,(1):32-49.[15]J. Y. Zheng. Finite Element Analysis of Tensile Behavior of Ductile Steel with Defects[J]. Journal of Failure Analysis and Prevention,2010,(3):24-44. uarr;
资料编号：[76698]
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
