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1.本发明涉及一种排水装置及其设计方法，更具体地说，涉及一种适用于核电站的带逆止器的排水装置及其设计方法。
2.当核电站内的房间遇到意外渗漏需要收集和排除、或是工艺管道泄漏以及被污染的消防用水需要排水疏水时，不仅要考虑需要疏水的位置，还需要考虑到核电站的使用环境；这种特殊工作环境中排水装置必须要具有更好的耐腐蚀性，而且强度、结构需要更加合理，排水疏水能力更佳。
3.核电站现使用的排水装置满足以上要求，但是目前使用的排水装置存在一个致命的缺点：不密封。在排水装置内的存水蒸发完后，与排水装置连接的管道内的废气通过排水装置上升到核电厂房内部，对人体产生危害。因此需要工作人员定期的向排水装置内部注入一定量的水，但是核电站内的排水装置数量众多，往往一个机组就能达到一千个左右，工作量巨大，造成了人力物力的浪费。因此，设计一种自带密封的排水装置是非常必要的，且其抗震设计也是重要的。
4.本发明要解决的技术问题是提供一种适用于核电站的带逆止器的排水装置及其设计方法，以解决背景技术中提到的问题。
6.一种适用于核电站的带逆止器的排水装置，包括外部壳体以及设置于外部壳体内部的逆止器；
7.外部壳体包括竖直的主筒体，主筒体底部通过水平的环状连接板连通于一个竖直的排水筒体；主筒体的顶圆水平朝外延伸出第一连接环，一个格栅板水平盖设于排水筒体顶部开口后通过紧固件固定于第一连接环；
8.主筒体内部固定有一个漏斗，漏斗包括较大的漏斗上圆筒以及较小的漏斗下圆筒；漏斗上圆筒的底圆与漏斗下圆筒的顶圆之间通过水平的第二连接环连接；第二连接环的上表面水平固定有一个支撑板，支撑板上竖直固定有一个阀体，阀体内部从下往上竖直滑动穿过有一个阀杆，环绕阀杆在阀体内开设有弹簧存储筒；弹簧存储筒内设置有环绕于阀杆的竖直的弹簧；阀杆的顶部设置有顶弹簧座，弹簧存储筒的底面为底弹簧座，弹簧被限制于顶弹簧座和底弹簧座之间；
9.阀杆的底部滑动穿出阀体后连接于一个接漏器；接漏器包括底盘以及竖直连接于底盘边缘的侧壁，侧壁环绕于漏斗下圆筒；侧壁的顶圆处设置有密封圈；密封圈贴设于第二连接环下表面。
11.漏斗上圆筒顶圆处水平朝外延伸出第三连接环，第三连接环通过紧固件固定于第
14.阀杆和底盘中心之间连接有一个球形帽，球形帽的直径大于阀体底部开口的直径。
17.s1：依据俄罗斯联邦《核动力装置设备和管道强度计算规范》文件中3.4小节规定，计算出排水装置所选用材料的许用应力x；
19.s3：对有限元模型进行等效简化，具体如下：对于排水装置用焊缝连接的地方，有限元模型中采用绑定的办法处理；对于排水装置用螺栓进行连接的地方，有限元模型中将螺栓采用实体单元进行网格划分、将螺栓和螺纹连接部分采用绑定办法处理、将螺栓与格栅板的接触部分采用接触方法处理；排水装置所用的外圈板、格栅板、主筒体、排水筒体、环状连接板在ansys里均选用实体壳单元进行模拟计算；环状连接板底面和排水筒体底部在ansys里施加全约束；
21.s5：用一个地震谱对排水装置进行模态响应谱分析，得到排水设备在地震谱下的响应；
22.s6：对s5中的响应结果提取出排水装置所受到的最大位移、最大膜应力和最大弯曲应力；
23.s7：若s6中的最大位移小于0.8mm，且最大膜应力和最大弯曲应力均低于s1中的许用应力x，则排水装置符合抗震性能要求；若s6中的最大位移大于0.8mm，或最大膜应力大于许用应力x，或最大弯曲应力中大于许用应力x，则排水装置不符合抗震性能要求。
25.外部壳体中的石墨垫片可选用柔性石墨、金属复合垫片，因为柔性石墨、金属复合垫片在放射性活度≥1.0*1012bq的环境中，其外观、厚度、厚薄差、压缩率、回弹率、热失重等都满足核电站的要求。
26.排水装置的外壳部分及逆止器部分的金属材料全部采用06cr18ni11ti，并固溶处理，因为只有固溶处理才能获得稳定的奥氏体不锈钢组织，才能更好的发挥其耐腐蚀的特性。
27.逆止器必须保证其在使用期间，有水和无水时都是密封的，密封圈材料选用必须耐腐蚀性和耐放射性。
28.逆止器中的漏斗、接漏器为一次冲压成型件，冲压件表明应无油污、灰尘、黑斑、锈蚀现场及明显的机械划伤和拉伤，翻边无开裂现象。
29.逆止器中的弹簧需经过精密的计算，调节弹簧力，在丝堵、阀体、球形帽、螺母、弹簧座、阀杆的配合下，满足逆止器溢流及密封的性能要求。
30.逆止器制作完成后，其处于关闭状态下需经过气密试验(介质为氮气或空气)、溢流试验(b级水)和强度试验，具体试验内容及方法如下：
31.将逆止器放置于外部壳体内，逆止器将外部壳体分割为顶部空间和底部空间；外部壳体顶部为进口端，底部为出口端；将进口、出口端均用盲板封住，盲板上装有进口、出口管、阀门及压力表。
33.打开出口端阀门后将气体引入逆止器。将压力缓慢增加到600pa，温度在15
37.将b级水装入1500升的容器中，将容器出水口连接到逆止器进水口，逆止器出口连接大于1000升的容器，打开盛水容器开关，当逆止器出口流出水时开始计时，时间为1分钟，测量每分钟流出逆止器水的体积，满足核电站的要求为合格。
39.打开进口阀门，出口端阀门关闭，将气体引入逆止器。将压力缓慢增加到0.45mpa，温度在15
60摄氏度，保压10分钟，检查壳体表面不允许有任何泄漏，记录试验结果。
40.从静力分析结果来看，排水装置在中心200cm2均布压力2.5kn作用下，最大变形发生在孔盖板中部，其值为0.062mm，变形不足以影响排水装置正常工作。
41.最大应力发生在孔盖板的中间部位，其值为31.47mpa，最大应力小于许用应力136.67mpa，板强度满足要求。
42.从静力分析结果来看，排水装置在试验压力0.6mpa的作用下，最大变形发生在盖板中部，其值为0.256mm，变形不足以影响排水装置正常工作。
43.最大应力发生在盖板的中间部位，其值为73.05mpa，最大应力小于许用应力136.67mpa，板强度满足要求。
44.采用振型叠加法对排水装置进行模态响应谱分析，模态响应谱分析是以结构件的模态参数为基础的，因此需对排水装置进行模态分析，得到排水装置的模态参数。
45.抗震分析结果表明，排水装置在71ukc、81ukc、uka、ukd等核电厂房处承受x向和z向地震谱作用下变形与应力较大，最大变形为0.0042mm，膜应力最大值为0.234mpa，弯曲应力最大值为1.178mpa。
49.根据核电站的要求，排水装置格栅板需满足一定的承载能力，中间200cm2范围承受至少2.5kn的载荷；排水装置需要承受工作压力0.4mpa，试验水压力1.5倍为0.6mpa。静力计算内容如下：
50.1)在上述工况下，分别确定排水装置最大膜应力和弯曲应力，然后与排水装置的许用应力作比较；
51.2)在工作压力0.4mpa，试验压力为0.6mpa工况下，确定排水装置最大膜应力和弯
53.排水装置为抗震ⅱ类物项，依据核电站排水装置技术条件文件规定，排水装置需在以下工况下进行强度校核：工况1：正常运行工况+obe(运行基准地震)。抗震分析计算内容如下：
54.对排水装置进行模态分析，得到排水装置的模态信息，然后在上述工况作用下，进行计算。根据《核动力装置设备和管道强度计算规范》规定，排水装置需对(σ
)1(总体弯曲应力)进行校核。分别确定各个排水装置的最大膜应力和弯曲应力，并与排水装置的抗震许用应力作比较。
57.工况1：排水装置的板中间200cm2范围承受至少2.5kn的载荷。
58.工况2：排水装置的工作压力为0.4mpa，试验压力1.5倍为0.6mpa。
60.排水装置在正常运行工况下，排水装置承受除承受废水重力外，不承受其他外载，由于废水重力载荷影响很小，将其影响忽略。排水装置承受的载荷谱参考圣彼得堡核动力科研设计院股份公司提供的响应谱的地震响应谱而选取。
61.排水装置采用06cr18ni11ti材料，工作介质温度为100℃，参照《核动力装置设备和管道强度计算规范》文件的附录1，排水装置所用为板材，板厚度小于200mm，其材料强度如下所示：
2007，查得06cr18ni11ti材料的弹性模量及密度；泊松比采用普通不锈钢的泊松比值。材料属性下表：
68.依据《核动力装置设备和管道强度计算规范》文件中第3节“许用应力，强度条件和稳定性条件”3.4小节规定，设备和管道部件受压力载荷时的额定许用应力应取下列各值中最小值：
参考《核动力装置设备和管道强度计算规范》5.11节“地震作用的计算”中5.11.2.11小节表5.14
(2)等效应力为考虑地震作用的总薄膜应力和总弯曲应力组合，许用应力为1.9[σ]。
按照中国核电工程有限公司的《抗震分析规格书》动力分析的要求说明“对于由管、板、型钢等单元构成的三维结构应采用动力分析方法”，带逆止器排水装置属于由板壳单元所构成的三维容器类结构，应采用动力分析方法，通过模态响应谱分析进行。
阻尼机理是消耗能量而且一旦不再有振动输入就会引起振动衰减，临界阻尼是使自由响应不进行震荡的最低阻尼值。阻尼值采用与临界阻尼值的百分比表示。按照《抗震分析规格书》要求，对于obe(运行基准地震)下的校核，阻尼值取为临界阻尼的2％。
按照《抗震分析规格书》的要求，dn80带逆止器直排式排水装置重量为16.3kg，对厂房的动态响应没有太大影响，因此部件与厂房应为非耦联关系。计算机程序的使用计算采用有限元方法程序，通过振型叠加法进行计算分析。
模态响应谱分析过程对排水装置进行模态分析，得到排水装置的模态参数，在地震谱作用下，分别求解得到排水装置前10阶振型独立的地震响应，将得到的模态响应通过srss(平方和平方根)法进行组合，得到单向地震谱下的结构谱响应。
对dn80带逆止器直排式排水装置进行了静力计算和抗震分析计算。分析结果表明：
1、dn80带逆止器直排式排水装置在中心均布压力2.5kn作用下，最大变形发生在孔盖板中部，其值为0.062mm，变形不足以影响排水装置正常工作。
2、最大应力发生在孔盖板的中间部位，其值为31.47mpa，最大应力小于许用应力136.67mpa，依据《核动力装置设备和管道强度计算规范》标准要求，板强度满足要求。
3、dn80带逆止器直排式排水装置在试验压力0.6mpa作用下，最大变形发生在盖板中部，其值为0.256mm，变形不足以影响排水装置正常工作。
4、最大应力发生在盖板的中间部位，其值为73.05mpa，最大应力小于许用应力136.67mpa，依据《核动力装置设备和管道强度计算规范》标准要求，板强度满足要求。
5、抗震分析结果表明，dn80带逆止器直排式排水装置在71ukc、81ukc、uka、ukd等
厂房处承受x向和z向地震谱作用下变形与应力较大，最大变形为0.0042mm，膜应力最大值为0.234mpa，弯曲应力最大值为1.178mpa。依据《核动力装置设备和管道强度计算规范》标准要求：
综上所述，dn80带逆止器直排式排水装置板强度满足要求，dn80带逆止器直排式排水装置抗震性能满足要求。
本发明装置相对于现有技术的优点在于，本发明可用于核电厂收集和排除房间地板意外渗漏、工艺管道泄漏以及可能被污染的消防用水。本发明的排水装置强度高，承载压力大，耐腐蚀性高，耐一定辐射，密封性好，大大延长了排水装置的使用寿命，节约成本，圆形的设计方便排水装置安装于任意位置，且增加了排污面积，其结构严谨、布局合理、使用方便，同时具备防腐、防臭、防火、抗压功能。本发明方法针对本发明装置进行了抗震分析，并采取多种简化方式，可以模拟各种地震谱，本发明方法实用性好，适用范围广，可实现排水装置的有效抗震。
图中，1、外圈板，2、内圈板，3、格栅板，4、石墨垫片，5、六角头螺栓，6、逆止器，7、主筒体，8、排水筒体，9、环状连接板，10、支架；
61、漏斗，62、密封圈，63、接漏器，64、丝堵，65、阀体，66、支撑板，67、弹簧，68、球形帽，69、限位螺母，610、顶弹簧座，611、阀杆。
如图1至图4所示，本发明一种适用于核电站的带逆止器的排水装置，包括外部壳体以及设置于外部壳体内部的逆止器6；
外部壳体包括竖直的主筒体7，主筒体7底部通过水平的环状连接板9连通于一个竖直的排水筒体8；主筒体7的顶圆水平朝外延伸出第一连接环，一个格栅板3水平盖设于排水筒体8顶部开口后通过紧固件固定于第一连接环；
主筒体7内部固定有一个漏斗61，漏斗61包括较大的漏斗上圆筒以及较小的漏斗下圆筒；漏斗上圆筒的底圆与漏斗下圆筒的顶圆之间通过水平的第二连接环连接；第二连接环的上表面水平固定有一个支撑板66，支撑板66上竖直固定有一个阀体65，阀体65内部从下往上竖直滑动穿过有一个阀杆611，环绕阀杆611在阀体65内开设有弹簧存储筒；弹簧存储筒内设置有环绕于阀杆611的竖直的弹簧67；阀杆611的顶部设置有顶弹簧座610，弹簧存储筒的底面为底弹簧座，弹簧67被限制于顶弹簧座610和底弹簧座之间；
阀杆611的底部滑动穿出阀体65后连接于一个接漏器63；接漏器63包括底盘以及竖直连接于底盘边缘的侧壁，侧壁环绕于漏斗下圆筒；侧壁的顶圆处设置有密封圈62；密封圈62贴设于第二连接环下表面。
漏斗上圆筒顶圆处水平朝外延伸出第三连接环，第三连接环通过紧固件固定于第一连接环上表面。
阀杆611和底盘中心之间连接有一个球形帽68，球形帽68的直径大于阀体65底部开口的直径。
本发明还可设置外圈板1和内圈板2，起到限位和安装的作用。石墨垫片4也可选用柔性石墨、金属复合垫片。支撑板66的俯视图可如图4所示，中间带有圆孔，阀体65穿过圆孔后固定于圆孔位置。顶弹簧座610上方还可旋入有限位螺母69。
本发明使用时，将本发明排水装置安装至需要排水的管道入口。在没有水进入逆止器6的情况下，由于弹簧67的弹力作用，密封圈62会紧密贴附在第二连接环下方，从而防止下水道气味从下往上进入室内。当水从上往下流入漏斗61并进而流入接漏器63时，由于水的重力作用，弹簧67被压缩从而使得密封圈62脱离第二连接环，当水位达到足够高度时，水便会从密封圈62与第二连接环的间隙中流出至排水筒体8排出。当水排完后可能会在接漏器63中残留一些水分，当这些水分也蒸发完后，密封圈62又会重新贴合第二连接环从而防止下水道气味上升进入室内。可设置当接漏器63内水位达到1/5时密封圈62才与第二连接环分离，如此一来保证无水状态下密封圈62与第二连接环的紧密贴合。
s1：依据俄罗斯联邦《核动力装置设备和管道强度计算规范》文件中3.4小节规定，计算出排水装置所选用材料的许用应力x；
s3：对有限元模型进行等效简化，具体如下：对于排水装置用焊缝连接的地方，有限元模型中采用绑定的办法处理；对于排水装置用螺栓进行连接的地方，有限元模型中将螺栓采用实体单元进行网格划分、将螺栓和螺纹连接部分采用绑定办法处理、将螺栓与格栅板3的接触部分采用接触方法处理；排水装置所用的外圈板1、格栅板3、主筒体7、排水筒体8、环状连接板9在ansys里均选用实体壳单元进行模拟计算；环状连接板9底面和排水筒体8底部在ansys里施加全约束；
s5：用一个地震谱对排水装置进行模态响应谱分析，得到排水设备在地震谱下的响应；
s6：对s5中的响应结果提取出排水装置所受到的最大位移、最大膜应力和最大弯曲应力；
s7：若s6中的最大位移小于0.8mm，且最大膜应力和最大弯曲应力均低于s1中的许用应力x，则排水装置符合抗震性能要求；若s6中的最大位移大于0.8mm，或最大膜应力大于
许用应力x，或最大弯曲应力中大于许用应力x，则排水装置不符合抗震性能要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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