分析核电厂高压安注气动阀阀座密封性能研究

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1、HydraulicsPneumatics&Seals／No．11．2013核电厂高压安注气动阀阀座密封性能研究张春东．励行根StudyonTheSealPerformanceofTheAirActuatorValveSeatsforHighPressureSafetyInjectionSysteminNuclearPowerPlantZHANGChun-donga，LIXing-gen(1．中核核电运行管理有限公司，浙江海盐314300；2．浙江省宁波天生密封件有限公司，浙江慈溪315300)摘要：高压安注气动球阀的开启时间不满足规定的安全响应时间限值要求。故障源于预防性维修中更换

2、了新的阀座密封。本文通过试验手段对新旧阀座密封进行材料对比性能检测，并通过有限元方法模拟计算与分析阀座密封失效机理，为彻底解决此类故障找到了有效的方法。’关键词：气动球阀；阀座密封；试验；性能；研究中图分类号：TH138；TB42文献标识码：B文章编号：1008—0813(2013)11-0033—050引言球阀，整体结构如图所示。上部是气动执行机构，中间通过轭架与阀体相连．气缸杆与阀杆通过四方插口连接传某核电厂高压安注系统气体注射用气动球阀按照递驱动力矩。球阀的结构为三段式。两边由螺栓紧固在技术规格书设计要求．在接收到触发信号后10s内必须法兰上，通过0形圈密封；中间是阀体。内部

3、有316不强制开启。以实现系统的安全功能。这项功能的有效性锈钢球体．与球体紧密配合的是两个对称的聚甲醛阀座在核电厂正常运行期间都是通过定期试验来验证的一密封，阀座密封的外圆安装定位环．轴向与法兰口接触。旦强制开启时间超过10s．就必须要在限定的时间内完该球阀上游是储气箱．内部有4．2MPa的压缩空气。球阀成维修并恢复正常功能．否则核电厂必须要在规定的时的密封原理就是单侧压力作用在球体上．通过球体挤压间内停堆检修以确保纵深核安全在一次停堆大修期间导致聚甲醛的阀座密封局部变形形成密封当阀门接到该核电厂按照预防性维修大纲的要求对高压安注系统触发信号时打开的过程中．需要克服单侧压力形成的摩

4、的气动球阀进行解体检修．更换了球阀阀座密封．当天擦力的维修后试验是成功的但在1个月后做定期试验时发现开启时间超时，经在线调整法兰力矩与间隙、再次更换新阀座密封等方式都未能解决阀门开启超时故障．最后通过重新使用换下来的旧阀座密封。试验全部成功。在原因查找过程中排除了维修程序、人因失误、气动执行机构功能等其他因素．最终确定是使用了最新采购的一批阀座密封问题从而导致故障的发生本文的内容是在对新、旧两批阀座进行试验的基础上．分析研究高压安注气动球阀阀座密封的性能．揭示故障失效机理．从而为最终解决问题提供理论依据图1高压安注气动球阀结构示意图1阀座密封的性能检测试验1．2新旧阀座的材料性能检

5、测与尺寸测量新旧阀座密封材料均为聚甲醛．但聚甲醛材料有多1．1气动球阀的结构(图1)与工况介绍种牌号．牌号不同则其内部组织结构和材料性能会有很该阀为8”class600级的核3级不锈钢对接焊气动大区别，需要进一步检测。与密封相关的材料性能参数收稿日期：2013—08—06主要是材料成份、压缩性能和摩擦性能。作者简介：张春东(1974-)，男，安徽庐江人，高级工程师，硕士，主要研究方1)材料的成份检i贝0试验向为核电厂机械设备管理。33液压气动与密封／2013年第ll期(1)红外线检测：对新旧阀座密封分别进行材料的限定载荷大小关系不显著．而与加载速率关系显著一红外线检测．根据FTIR

6、图谱的形状发现新旧阀座密封些．加载速率增大变形量减小、弹性模量增大。的图谱形状全是吻合的，可以判断成份都是聚甲醛材表3新IB阀座密封加载速率短时压缩试验结果对比料(POM)。(2)灰分检测：聚甲醛是高分子材料，在高温下要进行分解．如果内部含有其他杂质能够从灰分中可以新阀座密封118012561339看出来因此在新旧阀座密封上分别取等重量的样品．IFI阀座密封129613501473放到高温马弗炉中．在400~C的环境下经过3个小时的差别8．9％6．9％9．1％高温处理。再检验残余组，结果如表l所示．从检验结果来看．新旧阀座密封都没有夹杂其他成份。表1阀座密封材料的灰分塞趟(3)DS

7、C分析测试：①旧阀座密封的熔融起始温度和最大吸热温度分别为160．3和167．3℃．而新阀座密图2新旧阀座密封材料不同加载速率的短时压缩性能曲线封分别为160．0℃和166．6℃．极细微差别。②旧阀座密封的熔融热为142．8J／g，新阀座密封为125．2J／g，比对完f2)长时间压缩性能试验：在常温下利用蠕变试验全结晶的POM的热焓约为325J／g．折算出旧阀座密封机．在不同压力条件下对新旧阀座密封材料进行了长的结晶度约为44％．新阀座的结晶度约为39％。存在较时压缩