介紹了CPR1000核電站小修期間發(fā)生的電動截止閥閥桿扭曲過程和現(xiàn)況，分析了電動截止閥閥桿扭曲的原因，并對閥門參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，解決了電動截止閥閥桿扭曲問題。

1、概述

　　在某CPR1000核電站小修期間發(fā)現(xiàn)4 臺非核級電動截止閥閥桿扭曲，直接導(dǎo)致閥門無法操作，喪失了在管線中關(guān)斷及導(dǎo)通介質(zhì)的功能，從而導(dǎo)致相應(yīng)系統(tǒng)失去部分功能，對核電站正常運(yùn)行產(chǎn)生一定影響。為便于閥桿扭曲原因分析和避免造成更大損失，及時對閥門前期運(yùn)行情況進(jìn)行了解，并對閥門進(jìn)行拆解。4臺閥門在運(yùn)行過程中均存在卡塞、填料泄漏的現(xiàn)象，扭曲事件發(fā)生后將閥門拆解，發(fā)現(xiàn)閥桿光桿部分均出現(xiàn)不同程度的磨損。這4 臺電動截止閥的型號分別為J961Y160-32/40P (3 臺) 及J961Y150-50/65P(1 臺) ，閥門進(jìn)出口的連接方式均為焊接連接，且電動裝置與閥桿均為四方式連接結(jié)構(gòu)。

2、原因分析

　　電動截止閥的結(jié)構(gòu)一般包括電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥體、閥蓋、閥桿、閥瓣和填料等部件。其中電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過一定的連接方式與閥桿上端連接，并傳遞力矩以并帶動閥桿做上下運(yùn)動，由于閥桿下端與閥瓣連接，帶動了閥瓣上下運(yùn)動，從而實現(xiàn)閥門啟閉功能。結(jié)合電動截止閥結(jié)構(gòu)特點以及4 臺閥門拆解后觀察到的實際狀況，經(jīng)分析認(rèn)為導(dǎo)致閥桿扭曲故障的可能原因有幾點。

　　2.1、閥桿材質(zhì)

　　閥門的閥桿設(shè)計材質(zhì)均為12Cr13，閥桿的原材料應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)化學(xué)成分分析及力學(xué)性能試驗，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為閥桿化學(xué)成分和力學(xué)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 化學(xué)成分Wt%

表2 力學(xué)性能N/mm²

　　2.2、閥門結(jié)構(gòu)

　　目前國內(nèi)成熟電動截止閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計按電動裝置與閥桿連接方式劃分，主要有夾板式、銷釘式、平鍵式或四方式。

　　(1) 由于其位置布置關(guān)系，夾板式主要用于口徑為DN65 以上的閥門。

　　(2) 銷釘式和平鍵式一般用于DN50 以下口徑閥門，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為銷釘式的銷軸較小，且其位置在閥門支架上，布置的空間也不大，存在剪切破壞的風(fēng)險。

　　(3) 四方式與傳統(tǒng)手動截止閥的結(jié)構(gòu)類似，閥桿與閥桿螺母直接配合，電動裝置帶動閥桿螺母旋轉(zhuǎn)，使閥桿作升降且旋轉(zhuǎn)動作。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，缺點是由于受閥桿與閥蓋安裝間隙機(jī)加工的精度以及同軸度等原因的影響，為保證閥蓋密封性能需壓緊填料，因此填料會受閥桿升降和旋轉(zhuǎn)的雙重作用，導(dǎo)致填料與閥桿摩擦力較大。并且，在閥瓣出現(xiàn)卡阻的情況下，閥桿和閥瓣之間可能存在相對轉(zhuǎn)動，并由此可能造成閥桿、閥瓣T 形槽配合部位出現(xiàn)磨損。四方式結(jié)構(gòu)是廣泛應(yīng)用于電動截止閥的成熟連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(圖1) 。

圖1 電動截止閥

　　2.3、電動裝置

　　電動截止閥均配套國外IQ 系列電動裝置。閥門在設(shè)計計算后參照力矩值選擇合適的電動裝置，其額定力矩依次為81N·m(IQ12) 、108N·m(IQ18) 。閥門計算力矩為35N·m，選擇額定力矩為81N·m 的電動裝置，如果設(shè)定過大電動裝置輸出力矩，則可能會造成閥桿四方根部受力過大，致使閥桿扭曲、甚至斷裂。

　　在閥門制造及使用過程中，電動裝置力矩設(shè)置過大，可能發(fā)生填料壓蓋緊固力矩過大的情況。

　　(1) 產(chǎn)品出廠時填料壓蓋緊固力矩過大。在進(jìn)行閥體強(qiáng)度試驗時，為保證中腔的壓力(公稱壓力的1.5 倍) ，需要用較大的力矩壓緊填料壓蓋。但在閥門上密封試驗時，則需把填料壓蓋緊固螺栓的力矩下調(diào)以驗證閥門上密封。但往往是閥體強(qiáng)度試驗后就直接開始實施上密封試驗，而未按工藝要求下調(diào)填料力矩，導(dǎo)致閥門最終出廠時填料力矩過大，因此需要調(diào)整電動裝置輸出力矩才能開啟。

　　(2) 閥門外漏后上調(diào)填料力矩。運(yùn)行過程中，旋轉(zhuǎn)升降結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致閥門填料處輕微外漏。出現(xiàn)外漏時，通常采取加大填料壓蓋活節(jié)螺栓力矩的方式保證密封。加大緊固力矩會增加閥桿與填料的摩擦力，由于四方結(jié)構(gòu)閥桿在上下運(yùn)動時，同時沿軸向旋轉(zhuǎn)，閥桿與填料將反復(fù)摩擦，造成閥桿光桿處磨損。閥桿磨損又加劇填料處的泄漏，最終必須不斷加大電動裝置輸出力矩以啟閉閥門。

　　2.4、原因確定

　　閥門分解后，發(fā)現(xiàn)除了閥桿四方根處扭曲外，4臺閥門的閥桿光桿部分也存在不同程度磨損，同時閥桿與閥瓣T 形槽配合部位出現(xiàn)輕微磨損(圖2) 。初步判斷，閥桿四方處扭曲的根本原因為受力過大，其主要原因為閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，導(dǎo)致閥桿在做升降運(yùn)動時同時旋轉(zhuǎn)，增大閥桿與調(diào)料摩擦力。另外，產(chǎn)品出廠時填料壓蓋力矩設(shè)置過緊或現(xiàn)場調(diào)整力矩不合理，導(dǎo)致電動裝置輸出力矩增大。

圖2 四方式連接結(jié)構(gòu)

3、結(jié)果驗證

　　根據(jù)分析結(jié)果及時制定了糾正措施，并取得相應(yīng)效果。

　　3.1、量化力矩值

　　與供應(yīng)商澄清電動裝置力矩值，并固化指導(dǎo)性文件，現(xiàn)場在運(yùn)行過程中嚴(yán)格執(zhí)行。

　　(1) J961Y160-DN32/40填料緊固力矩允許調(diào)整范圍為13.3～17.5N·m，電動裝置調(diào)定力矩允許調(diào)整范圍為32.4～48.6N·m( 額定力矩81N·m的40% ～60%) 。

　　(2) J961Y160-DN50/65填料緊固力矩允許調(diào)整范圍為15.4～20.3N·m，電裝調(diào)定力矩允許調(diào)整范圍為70.2～81N·m( 額定力矩108N·m 的65% ～75%) 。

　　3.2、優(yōu)化結(jié)構(gòu)

　　(1) 調(diào)整電動裝置與閥桿的連接方式，新的結(jié)構(gòu)將采用導(dǎo)向鍵連接(圖4) ，閥桿只升降不旋轉(zhuǎn)。僅需將閥門上部支架、閥桿、閥桿螺母等進(jìn)行改造或更換，支架上部接盤處增加注潤滑油嘴，該改造可以在線實施。

　　(2) 新結(jié)構(gòu)的閥門送到第3 方泵閥產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心進(jìn)行1500次帶壓壽命試驗，結(jié)果合格。

　　(3) 在同型號閥門的運(yùn)行維護(hù)手冊、圖紙中重新核實并明確填料壓蓋螺栓擰緊力矩值及范圍，并增加對電動裝置力矩設(shè)置、調(diào)整范圍的詳細(xì)描述。

　　3.3、排查及處理

　　(1) 對不同核電站項目同類閥門進(jìn)行全面排查，共排查出14 臺問題閥門。型號分別為J961Y150-32/40P、J961Y150-50/65P、J961Y50-40/50P，閥桿與電動裝置連接結(jié)構(gòu)均為四方式。

　　(2) 針對以上類型閥門全部實施優(yōu)化改進(jìn)，規(guī)范文件，優(yōu)化閥門結(jié)構(gòu)。

　　3.4、處理結(jié)果

　　閥桿扭曲事件按上述措施處理后，目前該核電站有多臺機(jī)組已商運(yùn)或具備商運(yùn)條件，改造后的同型號閥門使用效果良好。并且其他型號的閥門出現(xiàn)類似問題時，借鑒同樣處理方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造后，均使用良好。

圖3 導(dǎo)向鍵式連接結(jié)構(gòu)

4、結(jié)語

　　對于CPR1000核電站電動截止閥，建議電動裝置與閥桿連接采用導(dǎo)向鍵的結(jié)構(gòu)，使閥桿只升降不旋轉(zhuǎn)。該結(jié)論為實踐中的經(jīng)驗，可參考相應(yīng)分析方法處理項目上閥門相應(yīng)問題，設(shè)計及制造同類型閥門。