摘 要：閥門(mén)作為關(guān)鍵部件之一，其重要性是不可小視。文章介紹了三代核電中大口徑電動(dòng)閘閥的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證研究，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)行業(yè)的發(fā)展提供一些借鑒，僅供參考。

關(guān)鍵詞：三代核電；大口徑電動(dòng)閘閥；技術(shù)研究

1 概述

第三代大型先進(jìn)壓水堆核電項(xiàng)目是《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》確定的16個(gè)國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)之一的子項(xiàng)，也是我國(guó)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的標(biāo)志性工程之一。

閥門(mén)作為關(guān)鍵部件之一，其重要性是不可小視。本次研究的課題便是關(guān)鍵閥門(mén)之一：大口徑電動(dòng)閘閥。

本類(lèi)型閥門(mén)為大口徑電動(dòng)閘閥，該閥適用于RCS、RNS、CVS、SGS、PCS和PXS系統(tǒng)，閥門(mén)電動(dòng)裝置采用1E級(jí)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，保證了在事故工況下，閥門(mén)仍能獲得驅(qū)動(dòng)其動(dòng)作的電源，并按系統(tǒng)的要求執(zhí)行其預(yù)期的安全有關(guān)功能。

2 三代核電閥門(mén)與二代+閥門(mén)對(duì)比

我國(guó)引進(jìn)的第三代核電技術(shù)，雖然其核級(jí)閥門(mén)的數(shù)量大為減少，但技術(shù)要求、技術(shù)難度、零部件加工制造要求更高；試驗(yàn)、鑒定都有一些特定的要求；分析、計(jì)算尤其是可靠性分析等方面有特殊要求。

三代與二代+閥門(mén)相比存在以下差別（三代/二代+）：

（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：ASME，但部分要求高于ASTM/RCC-M；（2）設(shè)計(jì)壽命：60年/40年；（3）操作循環(huán)：一般開(kāi)關(guān)類(lèi)閥門(mén)手動(dòng)

6000次、電動(dòng)3000 /隔離閥1500次；（4）地震加速度：6g/4g；（5）空間尺寸、重量及重心限定：包絡(luò)圖/無(wú)確切要求；（6）可靠性：“D-RAP”、“R”/無(wú)確切文件要求；（7）材料：部分閥門(mén)堆焊控制鈷含量/無(wú)要求；（8）熱附著工況：數(shù)據(jù)表中表述/無(wú)表述；（9）閥門(mén)導(dǎo)向面材料：有要求/無(wú)明確規(guī)定；（10）閥門(mén)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)（唇邊焊、螺紋嚙合長(zhǎng)度、密封面倒角、電裝緩沖裝置等）：有較多細(xì)致規(guī)定/相對(duì)少；（11）鑒定的文件要求：明確，基本按照ASME QM1-1的要求/不明確。

3 主要技術(shù)參數(shù)

閥門(mén)名稱(chēng)：核一級(jí)大口徑電動(dòng)閘閥；閥門(mén)型號(hào)：H1-10Z20WA2L-DU1U3（YJ）；公稱(chēng)通徑：DN250；公稱(chēng)壓力：2060lb；安全等級(jí)：SC-1；地震等級(jí)：QSA1；質(zhì)保等級(jí)：I；工作溫度：350℃；工作壓力：17.2MPa；工作介質(zhì)：反應(yīng)堆冷卻劑；閥門(mén)與管道連接方式：對(duì)接焊；主體材料：SA-351MCF3M；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電動(dòng)、1E級(jí)、抗震I類(lèi)、直流；閥位指示：開(kāi)、關(guān)位置各一個(gè)；設(shè)計(jì)壽命：60年（易損件除外）；循環(huán)壽命：3000次（5次事件）。

4 設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

（1）ZB02K06A-V04-001-BG，大口徑電動(dòng)閘閥研制任務(wù)書(shū)。（2）ZB02K06A-V04-002-BG，核級(jí)閥門(mén)1E級(jí)直流電動(dòng)裝置研制任務(wù)書(shū)。（3）ASME BPVC-Ⅲ，核設(shè)施部件建造規(guī)格（2007版+2008補(bǔ)遺）。（4）ASME BPVC-Ⅺ，核設(shè)施設(shè)備在役檢查規(guī)則（2007版+2008補(bǔ)遺）。（5）ASME NQA-1，核設(shè)施質(zhì)量保證大綱要求。（6）MSSP-61，鋼制閥門(mén)壓力試驗(yàn)。（7）ASME B16.34，法蘭、螺紋和焊接端連接的閥門(mén)。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大口徑電動(dòng)閘閥樣機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，閘板選用的是彈性閘板結(jié)構(gòu)，入口端閘板上開(kāi)有直徑不超過(guò)6mm的泄壓孔，防止壓力鎖定和閥蓋異常升壓，閘板密封面堆焊STL6硬質(zhì)合金，使閥門(mén)在運(yùn)行條件下防止咬住和粘連。閥體、閥蓋通過(guò)螺栓連接，并設(shè)計(jì)成密封焊結(jié)構(gòu)，中法蘭處用纏繞式墊片并設(shè)計(jì)成防過(guò)壓結(jié)構(gòu)；閥門(mén)的開(kāi)關(guān)位置指示器采用了topworx的接近開(kāi)關(guān)，閥桿與閥桿螺母連接的傳動(dòng)螺紋全部采用梯形螺紋，達(dá)到能自鎖的目的，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇由常州電站輔機(jī)總廠(chǎng)來(lái)配套?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。

5.2 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.2.1 閥桿與閥桿螺母的自鎖結(jié)構(gòu)

閥桿與閥桿螺母連接的傳動(dòng)螺紋全部采用梯形螺紋，螺距采用GB/T5796優(yōu)先選用螺距，能夠保證閥桿與閥桿螺母的摩擦系數(shù)小于等于0.07時(shí)自鎖。

5.2.2 閥體與閥蓋的密封結(jié)構(gòu)

閥體與閥蓋的密封結(jié)構(gòu)是通過(guò)拎緊螺母螺柱使閥體、中腔墊片、閥蓋三者之間行成密封形式。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且密封性好，在定期的維護(hù)、檢修中只需拆除螺栓螺母，即可輕松拆裝閥門(mén)。

5.2.3 填料密封結(jié)構(gòu)

填料為模壓的環(huán)形結(jié)構(gòu)，填料組中上、下兩圈為抗擠壓的編織填料環(huán)，中間為柔性石墨環(huán)，采用動(dòng)載荷的形式，并對(duì)碟形彈簧位置指示以保證碟簧的壓緊量和填料壓蓋的應(yīng)力。如圖2所示。

5.2.4 閥門(mén)位置指示結(jié)構(gòu)

閥門(mén)位置指示結(jié)構(gòu)如圖3所示。

閥門(mén)設(shè)置了位置指示器，位置指示器采用topworx的產(chǎn)品，位置指示器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4

5.2.5 閥門(mén)扭矩的測(cè)試結(jié)構(gòu)

閥桿在填料上方設(shè)有大于76mm長(zhǎng)的光滑區(qū)域，用以安裝傳感器以測(cè)量閥門(mén)的推力和扭矩，閥桿上永久安裝了應(yīng)變片，應(yīng)變片帶有連接到試驗(yàn)設(shè)備上的插頭。

6 試驗(yàn)驗(yàn)證方案

針對(duì)該樣機(jī)的研制，后期將通過(guò)出廠(chǎng)試驗(yàn)（包括殼體水壓試驗(yàn)、閥座密封試驗(yàn)、上密封試驗(yàn)、填料密封試驗(yàn)、動(dòng)作性能試驗(yàn)、閥座氣密封試驗(yàn)）以及型式試驗(yàn)（包括循環(huán)動(dòng)作壽命試驗(yàn)、熱沖擊試驗(yàn)、振動(dòng)老化試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)特性探測(cè)試驗(yàn)、抗震試驗(yàn)）來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。目前已完成所有試驗(yàn)的試驗(yàn)大綱編寫(xiě)工作。

6.1 循環(huán)動(dòng)作壽命試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模罕昏b定的閥門(mén)在模擬工況下進(jìn)行開(kāi)關(guān)3000次循環(huán)操作，檢查其功能能否保持，如壓力邊界能否保持完整、主要零部件有無(wú)損傷、開(kāi)關(guān)動(dòng)作是否正常、閥座處泄漏率是否超標(biāo)等。

試驗(yàn)依據(jù)：ZB02K06A-V04-001-BG，大口徑電動(dòng)閘閥研制任務(wù)書(shū)；ASME BPVC-Ⅲ（2007版+2008補(bǔ)遺），核設(shè)施部件建造規(guī)格；ASME QME-1-2007版核電廠(chǎng)用能動(dòng)機(jī)械設(shè)備的鑒定。

6.2 熱沖擊試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模簾釠_擊試驗(yàn)，是用來(lái)證實(shí)試驗(yàn)閥門(mén)在高溫時(shí)，管線(xiàn)系統(tǒng)中壓力不利的組合下開(kāi)啟和關(guān)閉的能力。測(cè)定試驗(yàn)閥門(mén)在工況下的開(kāi)啟和關(guān)閉的最長(zhǎng)時(shí)間。

試驗(yàn)依據(jù)：ZB02K06A-V04-001-BG 大口徑電動(dòng)閘閥研制任務(wù)書(shū)；

ASME BPVC-Ⅲ（2007版+2008補(bǔ)遺）核設(shè)施部件建造規(guī)格；

ASME QME-1-2007版核電廠(chǎng)用能動(dòng)機(jī)械設(shè)備的鑒定。

6.3 振動(dòng)老化試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證振動(dòng)環(huán)境對(duì)閥門(mén)裝置的影響。試驗(yàn)是在閥門(mén)裝置中產(chǎn)生一種隨機(jī)的，但是適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)激振水平，代表正常電廠(chǎng)所產(chǎn)生的振動(dòng)。

試驗(yàn)依據(jù)：ZB02K06A-V04-001-BG 大口徑電動(dòng)閘閥研制任務(wù)書(shū)；

ASME BPVC-Ⅲ（2007版+2008補(bǔ)遺）核設(shè)施部件建造規(guī)格；

ASME QME-1-2007版核電廠(chǎng)用能動(dòng)機(jī)械設(shè)備的鑒定。

6.4 動(dòng)態(tài)特性探測(cè)試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模簞?dòng)態(tài)特性探測(cè)試驗(yàn)是用來(lái)確定試驗(yàn)閥門(mén)裝置的自然頻率，其試驗(yàn)所確定的自然頻率用以判斷試驗(yàn)閥門(mén)裝置是柔性的還是剛性的，以及驗(yàn)證閥門(mén)自然頻率計(jì)算方法和結(jié)果。

試驗(yàn)依據(jù)：ZB02K06A-V04-001-BG 大口徑電動(dòng)閘閥研制任務(wù)書(shū)；

ASME BPVC-Ⅲ（2007版+2008補(bǔ)遺）核設(shè)施部件建造規(guī)格；

ASME QME-1-2007版核電廠(chǎng)用能動(dòng)機(jī)械設(shè)備的鑒定。

6.5 抗震試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)整機(jī)的動(dòng)力試驗(yàn)，考核其壓力邊界的完整性和在地震工況條件時(shí)可運(yùn)行性。同時(shí)可了解閥門(mén)的薄弱部位在地震載荷作用下的動(dòng)力響應(yīng)及控制電流的連續(xù)性。

試驗(yàn)依據(jù)：ZB02K06A-V04-001-BG 大口徑電動(dòng)閘閥研制任務(wù)書(shū)；

ASME BPVC-Ⅲ（2007版+2008補(bǔ)遺）核設(shè)施部件建造規(guī)格；

ASME QME-1-2007版核電廠(chǎng)用能動(dòng)機(jī)械設(shè)備的鑒定。

7 結(jié)束語(yǔ)

核一級(jí)大口徑電動(dòng)閘閥的研制對(duì)于發(fā)展我國(guó)三代核電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)具有重大意義，謹(jǐn)通過(guò)以上初步技術(shù)研究作拋磚引玉之舉。

參考文獻(xiàn)

[1]ASME BPVC-III.核設(shè)施部件建造規(guī)則（2007版+2008補(bǔ)遺）[S].

[2]楊源泉.閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3]GB/T 12234-2007.石油天然氣工業(yè)用螺栓連接閥蓋的鋼制閘閥[S].