[发明专利]基于阀门仿真模型的高温阀门结构性能评估方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于阀门仿真模型的高温阀门结构性能评估方法及系统。该方法包括：以阀体的流道中心为原点，建立阀门三维几何模型；应用有限元分析软件对该阀门三维几何模型进行网格化处理；基于经网格化处理的阀门三维几何模型模拟计算该阀门随温度变化的温度场以及该阀门承压部件受温度载荷的热应力场；计算该阀门承压部件受到温度载荷及机械载荷共同作用时的总热应力及局部热应力，根据热应力计算结果并参考规定的高温阀门结构强度设计标准对该阀门结构性能状况作出评估。本发明通过建模计算得到结构设计合理，结构强度可靠的高品质阀门所需的阀门设计参数，可提高核电厂运行的安全性，同时减少样机试制成本，缩短阀门产品研发周期。

技术领域

本发明属于阀门结构性能评估技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于阀门仿真模型的高温阀门结构性能评估方法及系统。

背景技术

核一级超设计基准泄压阀是当事故发生时影响反应堆安全的关键设备，其主要作用在于：当发生严重事故时，能够在压力容器失效之前及时进行泄压，以避免高压熔堆事故的产生。超设计基准泄压阀工作压力大，工作温度高，工作环境恶劣。阀门在遇到高温介质瞬间，由于承压部件具有较大壁厚，当传热不够充分时内外壁会存在较大的温差，由此产生很高的热应力，导致承压部件几何尺寸突变区域的外部产生裂缝。同时，由于受高温介质影响，阀门各部件还会发生热膨胀，由于阀门各部件的结构及材料热性能参数不同，在热负荷作用下产生的热变形并不一致，将导致阀门各部件之间的间隙发生显著变化，造成卡阻。

因此，在阀门前期开发过程中，精确计算热载荷及其效应，准确预测阀门在高温工况下的结构性能是高温阀门设计的关键环节。

由于高温阀门设计领域缺乏先进的阀门设计技术，在业内，设计高温阀门时，通常按照技术要求在参考常规阀门基础上大致确定阀门结构及各部件的几何设计参数，之后按照传统经验公式进行计算校核，再结合经验确定最终的阀门设计参数。

经业内惯用的，凭经验并借助阀门常规设计来确定阀门设计参数的阀门设计方案所得的阀门设计参数预测结果与真实情况的偏差较大，预测准确性不高，其在高温阀门设计领域的参考价值不大。此外，这种阀门设计需要进行反复试验，成本高，周期长，且样机试制成本高，会造成一些不必要的浪费。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的上述缺陷，提供一种通过模拟高温阀门运行环境，在阀门高温工况下模拟计算获得结构强度性能、结构设计合理性及质量均符合规定要求的阀门所需的阀门设计参数，且能够大大降低样机试制成本，缩短产品研发周期的阀门结构性能评估方法及系统。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种基于阀门仿真模型的高温阀门结构性能评估方法，该方法包括如下步骤：

以阀体的流道中心为原点，建立阀门三维几何模型；

应用有限元分析软件对该阀门三维几何模型进行网格化处理；

基于经网格化处理的阀门三维几何模型模拟计算该阀门随温度变化的温度场以及该阀门承压部件受温度载荷的热应力场；

计算该阀门承压部件受到温度载荷及机械载荷共同作用时的总热应力及局部热应力，根据热应力计算结果并参考规定的高温阀门结构强度设计标准对该阀门结构性能状况作出评估。

本发明还提供有一种基于阀门仿真模型的高温阀门结构性能评估系统，该系统包括：

阀门三维几何模型构建模块，用于以阀体的流道中心为原点，建立阀门三维几何模型；

网格化处理模块，用于应用有限元分析软件对该阀门三维几何模型进行网格化处理；

阀门温度场计算模块，用于基于经网格化处理的阀门三维几何模型，模拟计算该阀门随温度变化的温度场；

阀门热应力场计算模块，用于根据该阀门随温度变化的温度场模拟计算该阀门承压部件受温度载荷的热应力场；以及