鄭偉靜，姚 杰，陳志光

（中廣核核電運(yùn)營有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

近幾年隨著國內(nèi)核電的快速發(fā)展，部分新建核電機(jī)組采用了大量國外進(jìn)口的Si9507H 型安全閥作為二回路主蒸汽安全閥。相對于核電廠常用的彈簧式安全閥，該類型安全閥的最大結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用了碟形彈簧替代彈簧。作為主蒸汽安全閥定期檢查維護(hù)的重要項(xiàng)目，其碟形彈簧的定期檢測工作需返回國外的生產(chǎn)廠家進(jìn)行，檢測成本極高。為實(shí)現(xiàn)Si9507H 型主蒸汽安全閥碟形彈簧檢測的自主化及國產(chǎn)化，有必要研究設(shè)計(jì)合適的碟形彈簧檢測工藝。

1 系統(tǒng)及設(shè)備介紹

核電廠主蒸汽系統(tǒng)的功能是將蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的主蒸汽輸送到汽輪機(jī)、汽水分離再熱器、主給水氣動(dòng)泵小汽輪機(jī)、輔助蒸汽轉(zhuǎn)換器等設(shè)備。主蒸汽系統(tǒng)與主給水系統(tǒng)和輔助給水系統(tǒng)配合，用于在核電廠正常運(yùn)行工況、事故工況下排出一回路所產(chǎn)生的熱量，并向反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)提供主蒸汽壓力和流量信號。主蒸汽管道連接在蒸汽發(fā)生器上部，其穿出安全殼后經(jīng)主蒸汽隔離閥管廊進(jìn)入汽機(jī)廠房。而主蒸汽安全閥則位于主蒸汽管道，為蒸汽發(fā)生器和蒸汽管線的二次側(cè)提供超壓保護(hù)，其輔助功能主要有兩個(gè)：①排出能量，防止一回路超壓和過熱；②限制蒸汽釋放數(shù)量和速度，防止堆芯過冷。

與核電廠常用的彈簧式主蒸汽安全閥不同，Si9507H 型主蒸汽安全閥采用了碟形彈簧組件替代彈簧作為整定值調(diào)整設(shè)定及閥門動(dòng)作的彈力件。該類型碟形彈簧組件由上壓環(huán)、下壓環(huán)、碟片及滾珠等部件組成，其中碟片數(shù)量為8 片、為對合組合方式（圖1）。碟片與碟片之間，以及碟片與上、下壓環(huán)之間，均布置有9 層滾珠，在碟形彈簧組件裝配及動(dòng)作的過程中起到保持碟片的自適應(yīng)對中性的作用。

圖1 Si9507H 型安全閥碟形彈簧組件

碟形彈簧作為Si9507H型主蒸汽安全閥設(shè)備的核心部件，根據(jù)生產(chǎn)廠商提供的相關(guān)技術(shù)要求，需每10 個(gè)換料大修進(jìn)行一次檢測工作，以確保其性能狀態(tài)良好，可在下一個(gè)服役周期內(nèi)正常服役，同時(shí)對于存在的故障隱患及其發(fā)展趨勢可盡早發(fā)現(xiàn)、跟蹤及處理。因此，研究設(shè)計(jì)合適的碟形彈簧檢測工藝并付諸實(shí)踐應(yīng)用，對于保障主蒸汽安全閥的設(shè)備可靠性有至關(guān)重要的作用。

2 主蒸汽安全閥碟形彈簧檢測工藝

根據(jù)Si9507H 型主蒸汽安全閥的結(jié)構(gòu)特征及技術(shù)要求，參考國內(nèi)現(xiàn)有碟形彈簧的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，通過理論計(jì)算及實(shí)踐試驗(yàn)的方式，研究設(shè)計(jì)了碟形彈簧的檢測工藝，其工藝過程主要分為3 個(gè)部分，即碟形彈簧組件拆解前的性能試驗(yàn)、碟片的磁粉檢測和碟形彈簧組件組裝后的性能試驗(yàn)。

2.1 碟形彈簧組件拆解前的性能試驗(yàn)

在主蒸汽安全閥解體的過程中，需使用專用的裝置將碟形彈簧組件整體取出。在組件拆解前對其先進(jìn)行一次性能試驗(yàn)，以判斷該碟形彈簧組件在上一個(gè)服役周期內(nèi)是否出現(xiàn)異常，力學(xué)性能是否滿足要求，并積累該套組件的相關(guān)初始狀態(tài)數(shù)據(jù)。

依據(jù)Si9507H 型主蒸汽安全閥碟形彈簧組件的特性，對碟形彈簧試驗(yàn)機(jī)的要求如下：試驗(yàn)機(jī)的負(fù)荷精度不低于1%；壓板硬度大于52 HRC，表面粗糙度Ra＜1.6 μm；導(dǎo)向件導(dǎo)向表面硬大于55 HRC，表面粗糙度Ra＜3.2 μm；試驗(yàn)過程中要用潤滑劑。

根據(jù)主蒸汽安全閥的動(dòng)作行程（最大設(shè)計(jì)行程為360+2mm）及碟形彈簧組件性能試驗(yàn)的理論曲線（圖2），設(shè)計(jì)性能試驗(yàn)的具體操作步驟如下：

圖2 碟形彈簧組件性能試驗(yàn)理論曲線

（1）使用試驗(yàn)機(jī)對碟形彈簧組件進(jìn)行預(yù)壓（預(yù)壓載荷F1由主蒸汽安全閥的設(shè)計(jì)性能及碟形彈簧的設(shè)計(jì)制造屬性決定，Si9507H型主蒸汽安全閥碟形彈簧組件的預(yù)壓載荷為124 196 N），然后釋放至自由無載荷狀態(tài)，測量無載荷狀態(tài)下碟形彈簧組件的自由高度S0并記錄。

（2）再次對碟形彈簧組件進(jìn)行加載，緩慢加載至F1時(shí)，測量并記錄碟形彈簧組件的變形量S1。

（3）持續(xù)對碟形彈簧組件進(jìn)行加載，使其在S1的基礎(chǔ)上向下壓縮50 mm（即碟形彈簧組件的壓縮量為S1+50 mm），在此過程中記錄變形量為S1+18 mm 時(shí)對應(yīng)的加載載荷FX，變形量為S1+36 mm 時(shí)對應(yīng)的加載載荷F2，及變形量為S1+38 mm 時(shí)對應(yīng)的加載載荷F3。如果F2及F3均在［1.82F1，1.92F1］范圍內(nèi)，即滿足要求。

（4）緩慢卸載碟形彈簧組件上的載荷至0 N，按變形量為0.2 mm 的間隔導(dǎo)出進(jìn)程、回程曲線的變形量值及載荷值。

（5）根據(jù)導(dǎo)出數(shù)據(jù)計(jì)算相對于S1點(diǎn)的偏移率，如果在0.04～0.06 則滿足要求。計(jì)算方法為：

式中 δ——碟形彈簧組件相對于S1點(diǎn)的偏移率

FX——碟形彈簧組件變形量為S1+18 mm 時(shí)的載荷，N

FY——碟形彈簧組件變形量為S1和S1+36 mm 時(shí)的平均載荷（即FY=（F1+F2）/2），N

則δ=（2FX-F1-F2）/（F1+F2）。

2.2 碟片的磁粉檢測

當(dāng)完成碟形彈簧組件拆解前性能試驗(yàn)后，在進(jìn)行碟片的磁粉檢測工作前，需對碟形彈簧組件進(jìn)行拆解及碟片尺寸測量工作。由于Si9507H 型主蒸汽安全閥碟形彈簧組件的碟片及滾珠數(shù)量較多，因此在拆解的過程中應(yīng)將碟片及滾珠分層取下并標(biāo)記，以確保后續(xù)能夠原樣回裝，最大限度減小因裝配差異對組件的整體性能試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。拆解工作完成后，需對每片碟片的高度及厚度進(jìn)行測量，以測算碟形彈簧組件的最大理論變形量。

拆解及測量工作完成后，即可對8 片碟片進(jìn)行磁粉檢測，其目的是檢查碟片的表面及近表面是否存在裂紋等缺陷。Si9507H型主蒸汽安全閥的碟片，由于其表面鍍有防腐鍍層，因此要求進(jìn)行磁粉檢測的磁粉探傷機(jī)可檢測的缺陷寬度應(yīng)不大于0.10 mm、檢測深度大于3.00 mm。根據(jù)碟片的特性，磁粉檢測的具體操作步驟設(shè)計(jì)如下：①對碟片進(jìn)行脫脂清潔處理，并合理固定在磁粉探傷機(jī)上；②施加熒光磁懸液，并對碟片進(jìn)行磁化（周向直流磁化，軸向交流磁化）；③觀察磁痕顯示，評價(jià)檢測結(jié)果（由于涂層裂紋情況存在，對于滾珠槽內(nèi)的裂紋顯像，只要非貫穿性傷痕即認(rèn)為合格）；④對碟片進(jìn)行退磁處理（自動(dòng)衰退式退磁）；⑤取下碟片，進(jìn)行清理等后處理工作。

2.3 碟形彈簧組件組裝后性能試驗(yàn)

對碟片完成清潔處理后，即可進(jìn)行組裝工作。組裝工作需使用碟片分揀機(jī)在專用場地按照拆解過程的標(biāo)記逐層原樣回裝。組裝后碟形彈簧組件的整體尺寸和拆解前不應(yīng)有較大的差異。

組裝完成后需對組裝后的碟形彈簧組件進(jìn)行性能試驗(yàn)，其目的在于確保組裝后碟形彈簧組件的力學(xué)性能能夠滿足主蒸汽安全閥正常工作的要求。其具體操作步驟及要求與拆解前的性能試驗(yàn)操作步驟一致。

3 結(jié)束語

針對Si9507H 型主蒸汽安全閥技術(shù)要求及其碟形彈簧組件的特性，研究設(shè)計(jì)了詳細(xì)的碟形彈簧檢測工藝并得到實(shí)踐應(yīng)用，突破了技術(shù)壟斷，填補(bǔ)了Si9507H 型主蒸汽安全閥定期維護(hù)檢查的技術(shù)空缺，實(shí)現(xiàn)了該類型碟形彈簧組件檢測的自主化及國產(chǎn)化，為保障主蒸汽安全閥設(shè)備的可靠性及核電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，可為同類設(shè)備的檢測工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供借鑒和參考。