Abstract

Nuclear power plants have a very large catalog of regularly manipulated manual valves. To achieve the desired performance and operating margins, skilled technical staff use these valves to control, start, stop, regulate, and throttle the flow of various fluids through plant systems. Wireless valve position indication (VPI) sensor system technology would enable online monitoring of manual valve positions. Using additive manufacturing techniques, the wireless VPI sensor system is retrofitted onto existing manual valves using a sensor mounting unit (SMU). The structural stability of the retrofitted SMU is important for reliably measuring valve position with the wireless VPI sensor system. This paper presents the design, numerical modeling, and experimental validation of SMUs for rising stem gate and rising handle globe valves. Three types of materials, i.e., ULTEM 9085, chopped carbon fiber reinforced nylon, and continuous carbon fiber reinforced nylon, were used to three-dimensionally print the SMUs. The free vibration responses of these SMUs are presented in this paper. The results show how the choice of design, material, and other printer parameters impact SMU vibration responses, especially for the first and second eigenfrequencies. Next, performance of the SMUs is evaluated through both numerical and experimental vibration analysis, and then, the consistency of outcomes using each analysis type is presented. In terms of the stiffness-to-weight ratio and eigenfrequencies, the research shows the SMU printed with 5% continuous carbon fiber reinforced nylon fared significantly better than those printed from the other two materials.

摘要

核电站有大量定期操作的手动阀门目录。为实现所需的性能和操作余量，熟练的技术人员使用这些阀门来控制、启动、停止、调节和节流通过工厂系统的各种流体的流量。无线阀位指示 (VPI) 传感器系统技术可以在线监测手动阀位。使用增材制造技术，使用传感器安装单元 (SMU) 将无线 VPI 传感器系统改装到现有手动阀上。改装后的 SMU 的结构稳定性对于使用无线 VPI 传感器系统可靠地测量阀门位置非常重要。本文介绍了用于升杆闸门和升柄截止阀的 SMU 的设计、数值建模和实验验证。三种材料，即ULTEM 9085、短切碳纤维增强尼龙和连续碳纤维增强尼龙，被用于三维打印SMU。本文介绍了这些 SMU 的自由振动响应。结果显示了设计、材料和其他打印机参数的选择如何影响 SMU 振动响应，尤其是对于第一和第二特征频率。接下来，通过数值和实验振动分析评估 SMU 的性能，然后给出使用每种分析类型的结果的一致性。在刚度重量比和特征频率方面，研究表明，使用 5% 连续碳纤维增强尼龙打印的 SMU 的表现明显优于其他两种材料打印的 SMU。短切碳纤维增强尼龙和连续碳纤维增强尼龙用于对 SMU 进行三维打印。本文介绍了这些 SMU 的自由振动响应。结果显示了设计、材料和其他打印机参数的选择如何影响 SMU 振动响应，尤其是对于第一和第二特征频率。接下来，通过数值和实验振动分析评估 SMU 的性能，然后给出使用每种分析类型的结果的一致性。在刚度重量比和特征频率方面，研究表明，使用 5% 连续碳纤维增强尼龙打印的 SMU 的表现明显优于其他两种材料打印的 SMU。短切碳纤维增强尼龙和连续碳纤维增强尼龙用于对 SMU 进行三维打印。本文介绍了这些 SMU 的自由振动响应。结果显示了设计、材料和其他打印机参数的选择如何影响 SMU 振动响应，尤其是对于第一和第二特征频率。接下来，通过数值和实验振动分析评估 SMU 的性能，然后给出使用每种分析类型的结果的一致性。在刚度重量比和特征频率方面，研究表明，使用 5% 连续碳纤维增强尼龙打印的 SMU 的表现明显优于其他两种材料打印的 SMU。用于三维打印 SMU。本文介绍了这些 SMU 的自由振动响应。结果显示了设计、材料和其他打印机参数的选择如何影响 SMU 振动响应，尤其是对于第一和第二特征频率。接下来，通过数值和实验振动分析评估 SMU 的性能，然后给出使用每种分析类型的结果的一致性。在刚度重量比和特征频率方面，研究表明，使用 5% 连续碳纤维增强尼龙打印的 SMU 的表现明显优于其他两种材料打印的 SMU。用于三维打印 SMU。本文介绍了这些 SMU 的自由振动响应。结果显示了设计、材料和其他打印机参数的选择如何影响 SMU 振动响应，尤其是对于第一和第二特征频率。接下来，通过数值和实验振动分析评估 SMU 的性能，然后给出使用每种分析类型的结果的一致性。在刚度重量比和特征频率方面，研究表明，使用 5% 连续碳纤维增强尼龙打印的 SMU 的表现明显优于其他两种材料打印的 SMU。和其他打印机参数会影响 SMU 振动响应，尤其是对于第一和第二特征频率。接下来，通过数值和实验振动分析评估 SMU 的性能，然后给出使用每种分析类型的结果的一致性。在刚度重量比和特征频率方面，研究表明，使用 5% 连续碳纤维增强尼龙打印的 SMU 的表现明显优于其他两种材料打印的 SMU。和其他打印机参数会影响 SMU 振动响应，尤其是对于第一和第二特征频率。接下来，通过数值和实验振动分析评估 SMU 的性能，然后给出使用每种分析类型的结果的一致性。在刚度重量比和特征频率方面，研究表明，使用 5% 连续碳纤维增强尼龙打印的 SMU 的表现明显优于其他两种材料打印的 SMU。