核电站气动隔膜阀设计研究.pdf

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1、电力通用机械：焉币可两甄黼中广核工程有限公司(广东深圳518124)冯晶宋银立蒋晓红张浩然李洪武【摘要】通过对核电站核二级气动隔膜阀性能参数、结构、主要零件材料的介绍以及对设计计算、生产制造和鉴定试验过程中技术难点的描述，阐述了核电站核二级气动隔膜阀技术及实践经验。【关键词】核二级气动隔膜阀阀体最小壁厚密封比压型式试验一，前言核级气动隔膜阀是压水堆核电站中重要的装置之一，属于安全二级设备。目前核级气动隔膜阀完全依赖进口，是尚未实现国产化的一类阀门。基于我国核电发展规划，新建核电机组正处于迅速发展阶段，因此，为了实施核级气动隔膜阀国产化工作，中广核工程

2、有限公司与国内厂家合作，完成了核二级气动隔膜阀样机的试制，并通过型式试验验证了该样机满足设计任务书的各项要求。二、技术要求1．主要性能参数根据设计任务书的要求：核二级气动隔膜阀，公称直径为80mm，设计压力为1．6MPa，设计温度为120。C，其主要的性能参数表见下表。70然慧然：Ⅲ嗍：期主要性能参数安全等级安全2级规范等级2级工作压力／MPa≤1．1工作温度，℃≤120质保等级Ql抗震等级SSE行程时间／s20流量系数C√(USgal／min)148动作寿命次数2000气源压力／MPa0．4～0．95典型介质反应堆冷却剂注：1USgal=3785d

3、m’。2．设计标准及规范设计遵照的标准及规范有：《核级隔膜阀研制任务书》，RCC—M《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》(2000版+2002衬,遗)，ASMEQME—l《核电厂用能动机械设备鉴定》(2002)，ANSIB16．41《核电站动力操作能动阀门装置功能鉴定》并HEJ／T1022．12((压水堆核电厂阀门气动装置》。三、设计计算1．主体材料的确定核电样机阀门的材料选择应满足设计任务书的要求，主要包括：其与介质接触的零部件应选用耐蚀性与阀体材料相当的不锈钢材料；所有橡胶隔膜材料、柔性石墨材料氯离子含量应低于50ppm(1ppm=10，下同)，

4、硫离子含量应低于200ppm，承受辐照剂量为l×105Gy／40a，其力学性能偏差不超过15％；与介质接触的表面不能使用润滑剂或防药剂，应避免氮化和镀层；应尽量不使用铝、锌及其合金；禁止添加使用砷、锑和汞等元素及其化合物；奥氏体不锈钢零件禁止与碳钢零部件直接接触；不能使用二硫化钼作为润滑剂；除手轮外，其他不承压的所有阀门零件不得使用铸铁。气动执行机构壳体、外伸支架可采用球墨铸铁，球墨铸铁的要求应符合相应国家标准的规定。根据以上的要求，最终确认该气动隔膜阀各主要零件的材料分别为：阀体用M3402Z3CN20--09M，阀盖用M3402Z3CN20_—0

5、9M，阀瓣用M3402Z3CN20--09M，隔膜用EPDM。2．温压等级的确定根据设计任务书的设计参数及主体材料，根据RCC—M表C3531．2．1，确定该气动隔膜阀为150LB。3．技术难点及攻关核级气动隔膜阀的开启是在气源压力的作用下，推动薄膜及隔膜板，压缩弹簧带动阀杆上升来达到；阀门关闭是在失电或失气时，依靠弹簧的张力推动隔膜板带动阀杆向下运动来达到的。其结构特点如下：(1)阀门结构(见图1)阀门主体采用了直通式结构，阀体内腔流道近似于管状，切断性能和流通能力均佳，更便于清洗。灞甏孺图1阀门结构1、4．O形圈2．检漏螺钉3．下衬套5．阀杆6．

6、阀盖7．阀瓣8．隔膜9．阀体阀体密封面采用球面密封(即橡胶隔膜与阀体球面密封面相配合)，具有极佳的密封性能和较小的操作力矩。阀盖与阀杆用O形圈备用密封，以确保隔膜损坏时压力边界的完整性。阀盖大平面上设计有内台阶，使阀盖、阀体连接时能完全包容隔膜，以减少橡胶隔膜的蠕变效应。隔膜阀没有填料密封结构，不存在外渗漏弊病，因此除阀体流道和隔膜外，其他零件与介质均处于完全隔离状态，不受介质侵蚀。隔膜既是关闭件，又是阀体和阀盖连接处的密封垫片，确保无外渗漏。阀盖上设有检漏装置能及时发现隔膜的损坏情况，并能立即关闭，确保压力边界的完整性。气动隔膜阀阀瓣与阀杆采用螺纹

7、连接，拆装方便。(2)气动执行机构(见图2)执行机构采用常闭型薄膜式气缸。在事故状态即失电、失气的情况下，依靠弹簧力的作用关闭阀门，通电通气后，压缩弹簧将阀门打开。图2气动执行机构1气动头下壳体2．隔膜板3驱动机构隔膜4．上隔膜板5．气动头上壳体6．碟形弹簧弹簧采用碟形弹簧，具有体积小、刚度大，能以小变形承受大的载荷的特点，可缩小执行机构的体积和重量。气动执行机构与阀盖的连接采用了支架连接形式，能确保在不拆卸阀门的情况下完整地拆卸执行机构。气动执行机构附有手操机构，在失去气源的情况下，可通过手轮来打开阀门。气动执行机构附有限位开关盒位置指示(见图3)

8、，限位开关开位一个关位一个，并在支架中设有指示杆，能现场目视阀门的启闭位置。气动执行机构设有手动锁定装置(见