分析了大口径电动闸阀采用整体式中法兰结构和分体式法兰结构的区别，阐述了整体式中法兰结构对于保证阀门抗震性能的优势及降本增效的特点。

核电阀门是核电站中重要的安全设备，必须能够承受核电厂寿命内的使用载荷和地震载荷，如我国的三代核电CAP1400规定部分有抗震要求的阀 门应能承受3个方向6g地震加速度，且一阶固有频率应大于33HZ。大口径电动高压闸阀的动作行程大，启闭力矩大，导致阀门整机高度较高、电动执行机构质量较重、纵向重心较高，不利于保证阀门的抗震性能。本文介绍了阀门采用整体式中法兰结构对于保证阀门抗震性能的优势及降本增效的特点。



传统核电站用大口径电动闸阀（图1）采用分体式法兰结构，特点是阀体与阀盖和阀盖与支架通过2组螺柱进行连接，现场检修比较方便，缺点是会导致阀门整机高度较高，且由于螺柱布置位置及操作空间等限制，阀盖与支架连接法兰明显小于阀体与阀盖连接法兰，导致支架危险截面及阀盖与支架连接螺柱危险截面的截面面积、转动惯量、抗弯模量和抗扭模量等参数均较小，不利于阀门抗震性能的保证。所以需要将传统的分体式法兰结构进行优化，使大口径电动高压闸阀具有良好的抗震性能。

                                      图１ 分体式大口径电动高压闸阀
2.1  影响阀门抗震性能的因素分析
根据核级设备结构特性进行分析，提高阀门抗震性能的主要关键因素有3点。
（１）合并优化危险截面。
（２）降低分块和整机的重心、自重及高度。
（３）增大危险截面的截面面积、转动惯量、抗弯 模量和抗扭模量。
2.2  研究目标
以一台CAP1400堆型的DN 250大口径电动高压闸阀为例，其基本参数如下：
设计压力:172MPa
设计温度:350℃
安全等级：SC-1
抗震类别：Ⅰ
能动：是
为了使阀门具有良好的抗震性能，将其设计成了采用整体式中法兰结构的大口径电动闸阀（图2）

                                      图２ 整体式大口径电动高压闸阀

大口径电动闸阀2种结构对比（图3），整体式中法兰结构的主要特点在于通过一组螺柱将阀体、阀盖和支架连接起来。而分体式法兰结构则需通过2组螺柱分别将阀体和阀盖、阀盖和支架相连接。
  
                                              图３ 结构对比。

3.1  合并优化危险截面
分体式法兰结构（图4）通常共有7个危险截面，分别为1-1阀体颈部截面、2-2阀盖颈部截 面、3-3阀体与阀盖连接螺柱截面、4-4支架根部截面、5-5支架与阀盖连接螺柱截面、6-6支架与 驱动装置连接螺柱截面、7-7阀体拐角区截面。整体式中法兰结构（图5）简化了阀门结构，将支架与阀盖连接螺柱截面和阀体与阀盖连接螺柱截面设计成一致，扩大了螺柱中心圆，使该截面具有较大的截 面面积、转动惯量、抗弯模量和抗扭模量等，从而整体式中法兰结构合并优化了阀盖与支架连接螺柱危险截面

                                      图４ 分体式法兰闸阀危险截面

                                     图５ 整体式中法兰闸阀危险截面
整体式中法兰结构的阀盖（图6），结合图5可以看出已去除了阀盖颈部结构，即阀盖颈部截面已不再是危险截面，从而优化了阀门的危险截面。

                                                 图６ 整体式中法兰结构阀盖
3.2  降低分块和整机的重心、自重及高度
影响阀门抗震性能的主要因素是阀门延伸机构的自重及重心，主要零部件包括阀体延伸部分、阀盖、支架和电动执行机构，阀门采用整体式中法兰结构相较于采用分体式法兰结构产生变化的零件主要是阀盖和支架。整体式中法兰结构简化了阀盖，降低了阀盖的高度及重心，减轻了自重，但同时扩大了支架与阀盖连接的法兰尺寸，使得整体式中法兰结构的支架 （图7）与分体式法兰结构的支架（图8）相比，其自重有所增加。

           图７ 整体式中法兰结构支架

              图８ 分体式中法兰结构支架

分别将2种结构的阀盖和支架的自重、高度和纵向重心进行了对比，具体数据见表1。

从表1中可以得出阀门采用整体式中法兰结构时支架的质量增加了28.1kg，但远小于阀盖的减重值66.5kg。且整体式中法兰结构的阀盖和支架的分块高度及纵向重心尺寸均小于等于分体式法兰结构对应的参数，有利于阀门抗震性能的保证。
再从整机高度、纵向重心尺寸和整机自重3个方面对2种结构进行对比，具体数据见表2。

从表2中可以得出阀门采用整体式中法兰结构时整机高度、纵向重心尺寸和整机质量均有所减小，即整体式中法兰结构有利于保证阀门的抗震性能。
3.3  增大危险截面的截面面积、转动惯量、抗弯模 量和抗扭模
阀门采用整体式中法兰结构相较于分体式法兰结构危险截面属性产生变化的主要是4-4支架根部截面，整体式中法兰结构扩大了支架与阀盖连接的法兰尺寸，使支架外圆尺寸最大化，2种结构的截面属性对比见表3。

由表3可知，阀门采用整体式中法兰结构时4-4支架根部截面的截面面积、转动惯量、抗弯模 量、抗扭模量等参数均有较大增幅，更有利于保证阀门的抗震性能。

4.1  理论分析
分析模型为DN250大口径电动高压闸阀整体式中法兰结构和分体式法兰结构的2个模型，将电动执行机构设置为一个质点，并设置阀门进出口端的约束条件为固定约束，再对2个模型分别进行网格划分。通过运算得到整体式中法兰结构的一阶固有频率为54.8HZ（图9），分体式法兰结构的一阶固有频率为44.8HZ（图10

                                       图10 分体式固有频率分析
即从模态分析角度可以得出整体式中法兰结构的一阶固有频率较大，更有利于保证阀门的抗震性能。
即从模态分析角度可以得出整体式中法兰结构的一阶固有频率较大，更有利于保证阀门的抗震性能。
4.2 样机试验验证
为了验证采用整体式中法兰结构的DN250大口径电动高压闸阀具有良好的抗震性能，对阀门进行动态特性探测试验和地震静载荷试验（图11）。

                                                  图11 鉴定试验
试验结果为阀门3个正交方向一阶固有频率均大于44HZ，且在载荷作用下，阀门启闭动作正常，运行平稳，阀门能保持压力边界完整。从而可以得出采用整体式中法兰结构的DN250 大口径电动高压闸阀具有良好的抗震性能。

（１）DN250大口径电动高压闸阀采用整体式中法兰结构整机减重49kg ，减重比例23%，达到了降本的效果。
（２）整体式中法兰结构的阀门只需紧固一组螺母，相对于分体式法兰结构的阀门需紧固 2组螺母才能连接起阀体、阀盖和支架，达到了增加工作效率的效果。
（３）大口径电动高压闸阀通过采用整体式中法兰结构可以具有良好的抗震性能；整体式中法兰结构可以作为一种保证大口径电动高压闸阀抗震性能的有效措施，同时也可以起到降本增效的作用。