介紹了核級氣動隔膜閥的技術(shù)參數(shù)、研制過程和型式試驗的概況。

1、概述

　　核級氣動隔膜閥是百萬千瓦級壓水堆核電站中重要的裝置之一，屬于安全二級的部件。目前，國內(nèi)核電站機組用的核級氣動隔膜閥，完全依賴進口，是尚未實現(xiàn)國產(chǎn)化的閥門。因此，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為研制開發(fā)出性能可靠，滿足工況要求的核級氣動隔膜閥，對于我國自主發(fā)展核電事業(yè)，提高核電站國產(chǎn)化率，提升我國閥門的設(shè)計和制造水平，具有積極的意義。

2、技術(shù)參數(shù)

　　設(shè)備名稱核二級氣動隔膜閥，型號規(guī)格H2G6B66W-150LbDN80。RIN碼MINFSJ-F-G；RCC-P2級；RCC-M2級；公稱壓力2.0MPa(150Lb)；設(shè)計壓力1.1MPa；設(shè)計溫度120℃；工作壓力≤1.1MPa；工作溫度≤120℃；質(zhì)保等級Q1；抗震類別1A；行程時間20s；流量系數(shù)L/D≤135；動作壽命次數(shù)2000；2000次動作后密封面泄漏率0；氣源壓力0.4～0.95MPa；閥門適用系統(tǒng)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)、疏排水系統(tǒng)等；典型介質(zhì)反應(yīng)堆冷卻劑；主體材料RCC-MM3402Z3CN20-09M；隔膜材料EPDM。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　3.1、閥體

　　氣動隔膜閥(圖1)閥體流道采用直通式縮頸結(jié)構(gòu)，在滿足閥門流通能力要求的前提下，可以縮短閥門的行程。從而減小隔膜的曲撓變形和變形產(chǎn)生的應(yīng)力，延長隔膜的使用壽命。密封面采用球面密封，由于流道設(shè)計為縮頸結(jié)構(gòu)，因此在進出口與中腔連接處形成雙重密封，具有密封性能好，操作力矩小等優(yōu)點。

　　3.2、隔膜

　　隔膜采用金屬閥瓣與橡膠整體膜壓成型，結(jié)合牢固均勻，不會產(chǎn)生脫殼現(xiàn)象，且尺寸、形狀精度高。隔膜形狀設(shè)計成雙重功能結(jié)構(gòu)，即隔膜的下部設(shè)計為半球體狀，其功能是作為閥門的關(guān)閉件實現(xiàn)管路介質(zhì)的接通或截斷。隔膜的上部為盆狀，其功能是作為中法蘭墊片及閥體流道與閥蓋之間隔離的作用，并承受著閥門開啟和關(guān)閉過程中的介質(zhì)作用力和曲撓應(yīng)力。由于盆狀部分弧面設(shè)計較為平坦，彎曲程度較小，隔膜的使用壽命長。

圖1 核級氣動隔膜閥

　　3.3、氣動執(zhí)行機構(gòu)

　　氣動執(zhí)行機構(gòu)采用薄膜式執(zhí)行機構(gòu)，操作薄膜與缸體沒有相對摩擦，不會磨損，無內(nèi)外泄漏，使用壽命長(圖2)。采用單作用彈簧復(fù)位設(shè)計，碟形彈簧采用對合的組合方式，來獲得所需的設(shè)計載荷(閥門關(guān)閉力)，彈簧的數(shù)量由閥門的行程、單個彈簧的變形量設(shè)計確定。采用碟形彈簧替代圓柱螺旋彈簧可縮小執(zhí)行機構(gòu)的體積和質(zhì)量，減少了閥門外伸結(jié)構(gòu)的高度，從而降低了重心位置，提高了閥門的抗震能力。殼體和下殼體的法蘭邊緣設(shè)計制造成翻邊形狀，提高了殼體的剛度，防止因法蘭變形而產(chǎn)生泄漏。氣動執(zhí)行機構(gòu)設(shè)有手動鎖定裝置，能使閥門鎖定在開或關(guān)的位置，確保閥門安全運行(圖3)。

4、設(shè)計計算

　　在開發(fā)核二級手動/氣動直通式隔膜閥過程中，對閥門本體和氣動執(zhí)行機構(gòu)進行了分析計算。計算時根據(jù)閥門的結(jié)構(gòu)，進行了最大操作軸向力計算，校核隔膜和操作薄膜的強度。在氣動執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計計算中，分別對機構(gòu)的主要零部件進行了計算，通過計算確定了碟形彈簧的厚度、數(shù)量、直徑、彈簧的工作載荷及工作行程，以及彈簧的疲勞壽命次數(shù)等主要參數(shù)。在操作薄膜的計算中，根據(jù)氣動執(zhí)行機構(gòu)輸出軸向力，一般取閥門最大操作軸向力的1.3～1.5倍確定操作薄膜的參數(shù)和尺寸，保證氣動執(zhí)行機構(gòu)的可靠傳動。通過對樣機產(chǎn)品的鑒定試驗驗證，證明了所選參數(shù)的合理性。

1.氣動頭下殼體 2.隔膜板 3.驅(qū)動機構(gòu)隔膜 4.上隔膜板 5.氣動頭上殼體 6.碟形彈簧

圖2 氣動執(zhí)行機構(gòu)

1.手動鎖定桿 2.游標(biāo) 3.手輪

圖3 手動鎖定裝置

5、材料選擇

　　隔膜和O形圈采用三元乙丙膠(EPDM)，這種材料具有較高的耐溫性能和抗輻照能力。隔膜在高溫(120℃)動態(tài)彎曲作用下的壽命不僅與隔膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)，更與橡膠材料的機械性能有關(guān)。橡膠機械性能與材料的配方、防老劑的組合和硫化工藝等有關(guān)。經(jīng)過多次試驗，確定了滿足核級隔膜閥要求的橡膠配方、硫化工藝和性能指標(biāo)，其橡膠性能指標(biāo)達到ASTMD412的要求。氣動執(zhí)行機構(gòu)的氣缸和氣缸蓋采用了具有較高強度的鍋爐用鋼SCPH壓制而成，碟形彈簧選用具有較高的疲勞強度和彈性模量的優(yōu)質(zhì)彈簧鋼，操作薄膜采用天然橡膠+錦綸網(wǎng)布模壓而成，具有較高的耐曲撓性能和拉伸強度。

6、型式試驗

　　按照相關(guān)要求，編制了鑒定試驗程序，規(guī)定了需要進行的型式試驗項目及試驗順序。鑒定試驗程序包括試驗前檢驗大綱、隔膜材料耐輻照試驗大綱、氣動執(zhí)行機構(gòu)壽命試驗大綱、冷態(tài)循環(huán)試驗大綱、熱態(tài)循環(huán)試驗大綱、壽命試驗大綱、熱沖擊試驗大綱、流體阻斷試驗大綱、中間檢驗大綱、振動探測試驗大綱、振動老化試驗大綱、地震試驗大綱、端部加載試驗大綱、流量系數(shù)試驗大綱和試驗后檢驗大綱等。

　　6.1、試驗前檢驗

　　試驗前檢驗是為確保試驗閥門組件的合適程度和建立閥門組件性能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(表1)，并在完成試驗程序后將這些基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與試驗后檢查數(shù)據(jù)相比較，而進行了試驗前檢查。

表1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

7、分析

　　試驗后將試驗數(shù)據(jù)與試驗前檢驗數(shù)據(jù)相比較，以確定鑒定試驗對閥門功能的影響。試驗中閥門密封性能滿足要求，未發(fā)現(xiàn)介質(zhì)泄漏現(xiàn)象，壓力邊界保持完好。拆散檢驗表明閥門零部件沒有明顯損傷的痕跡，所測尺寸與試驗前檢驗相比無明顯變化。

8、結(jié)語

　　分析核級氣動隔膜閥的各項性能試驗和鑒定試驗的結(jié)果，充分驗證了樣機的設(shè)計和制造滿足RCC-M的要求和規(guī)定，能夠滿足百萬千瓦級壓水堆核電站的工況要求，并通過產(chǎn)品鑒定。