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核电站用核级风阀的设计

概述
    核电站用核级风阀主要应用于核岛的通风系统、安全壳内大气监测系统及风机出口处等,起阻断气流、切断通风系统、防止放射性气体倒流和对系统的自动隔离作用。目前国内外核级风阀按照其实现功能的不同,其结构形式主要有截断型隔离阀、对开式隔离阀、电磁式快速隔离阀、气动快速隔离阀、调节风阀止回阀等。由于核电阀门的安全和可靠性直接影响反应堆的安全性和可利用率。因此,核电用阀门与常规的大型火力发电站用阀门相比,其技术要求非常严格。
结构
    核级风阀根据实现不同的功能其结构形式有多种,但阀门的组成、工作原理基本相同。现以典型的截断型隔离阀为例进行论述0核级风阀主要由阀体、阀板、密封圈、阀轴、轴承等零部件组成(图1)。
(1)阀体和阀板
    阀体和阀板采用冷成型。阀体由两个冷成型的异型框架组焊而成,焊后不需要加工。为保证两法兰面相互平行,两个异型框架采用高精度板材下料,在专用冷成形设备上进行加工。薄板焊接时,首先进行焊接工艺评定,验证确定合理的焊接工艺参数,依照焊接工艺评定报告编制焊接工艺,合理设置焊接工装,将焊接变形控制在设计许可的范围内。阀体连接端有法兰连接端和焊接连接端2种形式,法兰连接端设计执行ASME Bl6.5—2003标准的要求,焊接连接端设计执行焊接接头专用技术规格书的要求。阀板采用流线型,使得阀门具有很小的流体阻力和噪声。在阀板四周均设有空心橡胶密封条,从而保证阀门的内泄漏要求。

(2)阀轴与填料
阀轴两端采用滚动轴承支承,确保阀门灵活运行。针对轴承介质侧易进灰尘的问题,在轴承内侧增加了防尘圈。阀轴与阀体之间采用0形环密封,减小了阀门启闭过程的摩擦力矩。
(3)阀门操作
阀门的操作方式有手动、蜗杆传动、气动(双作用或弹簧复位单作用)和电动等。
执行标准
阀门设计制造过程中一般执行下列标准。
RCC—M 压水堆核岛机械设备设计和建造规则(2000年版及2002年补遗)
RCC—E 压水堆核岛电气设备设计和建造规则(1993年版)
RCC—P 压水堆核电站系统设计和建造规则(1991版及l995修订)
ASME Bl6.34a 法兰、螺纹和焊接端连接的阀门
ASME Bl6.5 管法兰和法兰管件
ASME QME一1 核电厂能动机械设备的鉴定要求(2002版)
ASME N509 Nuclear power.plant Air;Cleaning
unit and Component
ASME AG一1 Code on Nuclear Air and Gas
Treatment
GB/T l l84 形状和位置公差未注公差值
EJ/T l039 核电厂核岛机械设备无损检验规范
EJ/T lll6 核设施通风空调和气体处理系统机械设备设计规范
计算机辅助设计
    设计时根据EJ/T lll6的要求,对核级风阀的主要零部件采用ANSYS有限元分析软件进行了数值仿真。以便综合分析和确定各件在自重、地震、风道连接载荷、压差和内压等复杂应力状态下的许用值和变形值及屈曲失稳评定。
样机试制
    样机试制过程中严格依据产品图样、工艺文件和技术标准的规定操作。如阀体焊接时严格按焊接工艺评定确定的工艺参数执行,金切加工按机械加工工艺过程卡操作,装配时按装配明细表备齐所有零部件及工装夹具,按装配工艺过程卡的操作规程进行组装调试。所有操作均做好记录,并有见证人员和检验人员进行跟踪验证。
试验
    为了确保产品的可靠性和安全性,必须对样机阀门进行一系列型式试验和可靠性试验。试验均根据不同种类的阀门、不同的性能参数,设计专用的试验大纲和规程,并在专用的试验装置或设备上完成。
    (1)基准试验——验证样机阀门组件的功能满足情况,并建立组件功能的基准值。以作为各项试验完成后,基准功能值和试验后检查值进行比较的依据。
    (2)流阻系数测试——测试样机阀门组件在全开位置时的流阻系数。
    (3)中间检验——每完成一项试验均要进行样
机阀门组件的中间检验,检验内容同基准试验,以验证各项试验后阀门功能的变化情况。
    (4)热老化试验——验证样机阀门组件在设计温度的热态工作条件下的功能。
    (5)湿热老化试验——验证样机阀门组件在设计的湿热工作条件下的功能。
    (6)运行老化试验——验证样机阀门组件在实际承载条件下进行设计给定的运行寿命后的功能。
    (7)辐照老化试验——验证样机阀门组件的非金属件在设计辐照剂量的中子和叮辐照引起的老化后的功能。
    (8)振动老化试验——验证样机阀门组件在模拟寿期内正常运行时外部载荷引起的振动后的功 能。
    (9)地震试验——验证样机阀门在设计给定的地震载荷作用下,测量试验阀门组件典型部位的应力、应变,从而验证阀门的完整性和可运行性。
    (10)最终检验——获得和基准检查进行比较的数据,以便确定样机阀门经过一系列功能试验后,其各项性能参数是否仍在设计规定的范围之内。
    (11)最终拆散检验——对经过各项功能试验后的样机阀门进行拆散检验,以验证样机阀门的各零部件的状况,是否有变形、损坏现象,相对运动件的磨损量是否在设计给定的公差范围内。
使用与维护
    (1)存贮——阀门不能露天存放,应置于通风、干燥处,制造厂应规定存放时间,存放时不能拆除阀I'-JIN端的保护盖。阀门吊装时不能以执行器作为起吊点,注意法兰面不能碰伤。
    (2)安装——不能用阀门支撑管道,安装时法兰或焊接端应对齐,防止因管线热胀冷缩而引起应力超值。
    (3)启动——阀门启用前需清洁管线,清除管内锈垢、沉积物、异物,防止杂质对密封表面的损坏。
    (4)传动机构——阀门开关位置不到位是经常 发生的问题,制造厂必须保证传动链每一环节的制造精度,出厂前应检查阀门开关位置和指示位置的一致性。
    (5)轴承~定期给轴承处加注耐辐照润滑油,确保轴承处于良好的运营状态。
    (6)密封件——风阀密封件为橡胶。一般橡胶件质保期为4年,质保期后应及时更换。

 

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