核电液控止回蝶阀设计.pdf

一一 年第期 核电液控止回蝶阀设 计 铁岭阀门厂李振东 摘要为保证核电站 用液控止回碟阀的安全性和可靠性 , 在设计过程 中 , 阀门 的控制机构 、 传 动机构及结构形式等借鉴了国内外先进经验 。 通过分析和论证 , 该闷结构 合理 , 控制功能可靠 , 满足 段电 用阀的设计要 求 。 主肠词核电站用阎液压控制媒阀设计 液控止回阀在我国应用是从年代开始 的 。 当时主要是为电站配套引进的日 、德等国的 产品 。 年我厂研制了核电用液控止 回蝶阀 困 , 其技术性和 产品质量要求超过 一般常 舰使用的阀门该阀公称通径 , 公称 压力 , 流速成 , 工作介 质为海 水 , 工作温度 ℃ , 静态试验压力 , 泄 漏量为 , 开启时 间成秒 , 关闭时间 。。 时为秒 ,。一 时为一秒 。 为了保证 核电用液控止 回蝶阀的安全性和可靠性 , 在设 计中参考了国内外先进技术 , 制定 了具体措施 和方案 。 一一一一 赚赚 二二了毛毛夏二 二二二 匕匕⋯⋯⋯⋯ 一一一一一 丁丁丁 ⋯⋯⋯ 一一 口口口 口 〔〔 口口口 厂厂厂 日相相 厂厂, , , , , 〔〔二二二二 图液控止回媒阀 ‘ 液动装里锁定装里蛛阀液压站 一 、 控制机构 液控原理图 。 该结构使用件液压元件 , 阀门的 图为我国在年代引进的德国产品的关闭速度是 由折叠式柱塞缸实现的 。 开阀时通 年第期 一一 过泵将压力油输入油缸 , 使阀门开启 , 同时重锤 蓄能 。 工作时 由于液压系统泄漏 , 引起阀门关闭 和重锤下降 , 下降到 ”时 碰到行程开关 , 泵起 动 , 阀门重新回到全开的位置 。 关闭时 , 在 重锤的作用下带动蝶板关闭 , 这时液压缸起阻 尼作用 。 由于柱塞缸为浙叠式 , 先是小缸动作 , 这时阻尼小 , 阀门快关 。 关闭到 护时 , 大缸开 始动作 , 阻尼增大 , 阀门慢关 , 从而符合阀门的 关闭特性 。该结构 的液压系统简单 , 但运行时经 常由于复位行程开关故障造成阀门非正常关 闭 , 引起系统事故 。 酗酗酗 测测 暨暨 ⋯⋯ 吗吗 的液控系统 。 该控制系统油缸采用活塞缸 , 通过 调节锥阀和节流阀调节油缸关闭时的阻尼大 小 , 控制 阀门的快慢关闭速度 。在这个液压 系统 中设有另一个油缸 , 用于在阀门开启运行时将 重锤插销锁定 , 使重锤在阀门开启运行时不发 生掉锤现象 。 同时在液压系统上加有一个大的 蓄能器 。 蓄能器的作用是保证锁定缸液压回路 在阀门运行中始终保持一定的压力 。 当需关闭 阀门时能及时拔销解锁 , 在泵不能工作时开阀 。 由于阀门在关闭时快慢关行程是由电气元件控 制的 , 一旦 电气元件发生故障 , 阀门关闭特性改 变无慢关 , 造成对系统的破坏 。 借鉴 了以上两种控制方案后 , 拟定了适合 我国核电站 使用的液控止 回蝶阀的液控 系统 图 。 该系统采用泵开阀 、 蓄能器开阀和手压 泵开阀三种形式 。 阀门运行时 , 为保证阀门不发 生误动作 , 用泵为油缸系统补压 、 用蓄能器补压 和锁定油缸锁定三种措施 。 阀门关闭时 , 采用折 叠单作用缸式 , 使 阀门在任何情况下都能保证 关闭特巨的实现 。 图德国产品的液控系统 国国国 图液控止回蝶阀控制系统 二 、 传动机构 传 动机构 如 图所示 。 , , 一 。 由图 翻 一 。 可知 图 日本久保公司的阀门液控系统 图为日本久保公司生产 的液控止 回蝶阀 , 叮一 伪 、, , 二二 一二二二二竺 十 】口‘ 各位置的活塞长度 一一 年第期 久 】 ‘ 大缸活塞行程 大 。 。一 一 们。 小缸活塞行程 召小 一一 力矩的最大值 。 各项力矩计算如下 轴承摩擦力矩 一晋 ’ ‘。 动水力矩 匕 、 静水力矩 岭 密封力矩 矗 ‘ , 烧 轴封力矩 , 不伍尹 ‘ 十印 ‘巴 图传动机构 传动机构位置见表 。 三 、 阀门受力分析及力矩的计算 作用在蝶板上 的介质压力对蝶板的转动产 生影响 。 当介质压力作用在蝶板上时 , 阀轴与轴 套间产生正压力 , 使转动时轴与轴套之间产生 摩擦力矩从 。 由于介质从蝶板流过时并非均 衡 , 因此产生一个对蝶板不均衡的力矩 , 这个力 矩的大小 , 在阀门各开度下不 同 , 其力矩方 向通 常是使蝶板产生关闭的趋势 。 静水力矩是在阀 轴水平放置其一边无水时产生的 。 由于阀体密 封圈与蝶板密封圈之间有相对摩擦 , 产生密封 力矩 。这些力矩当阀门在不 同开度下不尽相同 , 因此 , 在开阀和关阀时 的力矩应取各角度下合 对 , 一 耐 ’ 重锤力矩 重锤力矩为关阀的动力矩 , 要使阀门能顺 利关闭的必要条件是 对 。 口叮渭伊一 。 腾 , 根据前面 的运 算预 选 重 锤 重 力 ‘一 , 重锤回转半径 万 万 。 甲一 式中 阀门通径 , 阀前后压差 轴承摩擦系数 阀轴直径 仇 动水系数 户 密度 , 户 密封比压 , 口 , 密封面摩擦系数 , , 一 密封面宽度 , 一次偏心距 ,。一 轴承直径 , 己, 了 摩擦系数 , 一 几 密封长度 , 一 各开度下力矩计算结果见表 。 表传动机构位置参数 阀门开度 , 万 年第期一一 表阀门各开度下力矩 一 ﹃︺ 阀门开度抓 。 轴承摩擦力矩从 动水力矩从 静水力矩卫 , 轴封力矩万 , 密封力矩构 重锤力矩卫 。 开阀阻力矩万 多 气 尸 四 、 油路系统元件 回油管路 根据液控阀的技术要求 , 小活塞运动快关 要在秒 内关闭 , 大活塞慢关要在 秒内关闭 。 初选小缸内径, 、 一 , 内腔 高 标 , 小缸容积 ‘, 厩 一 。一 取 , 蓄能器 根 据表计算的阻力矩 , 初选 初 始压力 尸 , , 终止压力 , 一 , 充气压力 尸。一 , 蓄能器的容量 小一 奇 ‘小 ’‘小 初 选大缸内 径帐 , 内腔高 , , 犷 , 二月卜扁一汾, ’〔’ 一 ’ 一 。 一 帐一“ , 大缸容积 大一 晋 大’帐一 ‘ 选定容量为的蓄能器 。 五 、 蝶阀结构及材料 排油最大流量 ,’ 仇 。 筷买豪夜百于 面又石 。 ,’ 取流速 。一 , 回油管径 必漂 取再 油泵 油缸容积 , 八 小 要求开阀时间小于秒 , 所以泵流量 仇 而 选用 ‘一 轴向柱塞泵 , 泵流量 吼一 , 泵最高工作压力为 。 进油管 取流速 。一 , 进油管径 材料 由于该阀门适用于海水介质 , 要求有一定 的耐海水腐蚀性能 。 在设计中对与介质接触的 零件 、 阀体和蝶板采用 了镍铬铸铁 , 阀轴采用不锈钢 , 蝶板密封圈选用 抗海生物性能好的氯丁橡胶 , 使 阀门的耐蚀性 间题得到较好的解决 。 阀体 阀体的壁厚 ,, 尸’ ,。 诬 。 下下 甲尸 刀州卜‘ 乙贬 式中 压力 , 一 洲 可能产生的压力升量 , ’一 阀门通径 刃 〔刃 许用应力 , 〔司 , 铸造偏差 , 二 将各数据代入阀体壁厚公式 , 可得 一一 年第期 , 取 刚度用经验公式校核 口月 二 从 乃 截面惯性矩 式中 ‘ 阀门质量 , 一 召 弹性模量 , 一 截面惯性矩 , ‘ ’ 阀体半径 , 一 一般大口径蝶阀的变形量小于是 能满足要求的 。 蝶板 目前国内生产 的蝶阀蝶板有流线形 、 锅形 和平行析架形图 。 流线形蝶板流阻小 , 但抗 弯矩性能不好 , 刚度差 。 锅形蝶板抗弯矩大 , 但 蝶板形状影响阀门流态 , 易造成振动 。平行 析架 式蝶板流通面积大 , 刚性好 , 流阻低 , 所以采用 这种蝶板 。 用经验公式计算蝶板的强度和刚度 。 ‘ 一〔〕一 将蝶板 简化为受集中力 的析架图 , 用 摩尔定理计算刚度 , 其计算值如表 。 表埠板刚度校核 杆编号 杆长杆截面积 ‘ 内力单位力 ‘, , 茄 , 峪 肥州川 一一 一一 一一 变形量 一 , 一 。 该蝶板的变形量不超过 口径 的千分之一 , 即 一 , 所以设计合理 , 能够保 证密封 。 图蝶板 流线形蝶板 ’ 锅形蜂板 。 朽架形蝶板 蝶板强度 噢噢 ‘ 臀 。。 兔。 , 产、 从 叮」 蝶板弯矩 对 一 图简化成析架的蝶板结构 截面形心矩 图 ‘ 密封圈结构 燕尾形密封圈三圆弧形密封圈形密封圈 密封结构 目前 , 我国应用较多的密封圈结构有燕尾 形三圆弧形和形三种图 。 燕尾形密封 圈 的压弹量较大 , 对阀门制造精度要求较低 。但开 关时易造成中部撕裂 , 寿命和可靠性能差 。三圆 弧形密封结构的压弹量较大 , 密封圈在压弹量 较大情况下不易撕裂 。 但装配困难 , 易发生滚动 扭曲 , 使用时易发生掉圈现象 。 形密封圈的压 弹量较小 , 装配方便 , 摩擦力小 , 启闭寿命长 。但 要求阀门制造精度高 。 经比较选用形密封 圈 , 通过提高阿门的制造精度弥补压弹量的不 月 年第期 一一 足 。 润轴 蝶阀的阀轴多以销键与蝶板连接阀轴的 受力形式为弯扭合成受力阀轴所受弯矩为 开阁时间 泵开阀时间 乙 仇 。 。 , 一 。 粤粤 。, 小于要求时间秒 , 可靠 。 蓄能器开阀时间 式中 阀轴与介质接触部位长度 , 泊 轴承接触长度 , 一 ‘ 几 工作压力 , 凡 田 则 从一 阀轴所受扭矩为 对对 了 , 阀轴所受的弯扭合成力矩为 对、丽乎干丽丁 阀轴材料选用 , 许用 应力 〔 口 〕 侧 阀轴直径 ‘万‘万 一叭一士份、一 。‘ 甲 几 式中 公 开阀角速度 , 鹤伙一 ‘ 酸 “一开阀角加速度 ,。一 孕 阀门转动惯量 , ‘ 开阀力矩 , 万 ‘ 对 翻 ,一对‘ 对 ‘ 阀门阻力矩 , 材 ‘ 从场从 城 对 二 油缸力矩 , 从 ‘, 八一称运 ,‘ 只 蓄能器压力 匆 液压系统流阻损失 , 气矿 巧 任意时刻进油管流速 , 巧二 己风 。刁 熏 一‘ ” 心 刁 人 通过公式校核阀门刚度满足要求 。 成 油缸直径 , 时 , 公一 时 , 成 内 进油管径 ,‘, 从 油缸在酸时间内走过的行程 刀 机械效率 , , 计算结果见表 , 小 取 景饱万 “ 则吧 ‘乙 二二二 一 。 们 自 ‘ 六 、 性能检验 , 衰,能器开阁时间 ﹃ 。 阀门开度 帆 轴承摩擦力矩从 动水力矩从 轴封力矩暇 密封力矩场 重怪力矩场 抽缸作用角度 ’ 蓄能器压力 侧, 油缸力矩碗 示 油缸行程 吞 开阁角速度叭 油缸开阀时间‘ 八,月 。 孟 , 。 。。 一一 阎门年第期 蓄能器开阀时 间为秒小于 要求时 间 , 可靠 。 关阔时间 关阀时间 一公一 ,士份祥 ‘ ‘ 街 、一关阀角加速度 , 。一 答 ‘ 关阀力矩 , ‘ 从 ,一 。一 , 一 , 气 回油压力损失 , , 扩 艺‘万 ‘留 巧 回油速度 , 巧 式中酸 关闭时间 、 关闭角速度 , 、一、一 喇‘ , 」几 心 」葱 关阀时间计算结果见表 。 表关阎时间 阀门开度 ,’ 重锤力矩卫公 , 轴承力矩从 密封面力矩场 轴封力矩卫 ‘ 油阻力矩场 油路流速勿 油缸面积态 扣。 油缸行程‘ 抽缸作用淆峨’ 角加速度献 角速度公 时间 ‘ 萦计时间叹 旧诵 小冷创卜引 一一一 。 从上表可知 , 快关时间临 ’秒达到 要求 。 如 需快关为秒 , 可通过调节流量达到 。 慢关 为秒 , 同样能满足要求 七 、 结束语 通过对秦山核 电站使用的液控止回蝶阀的 分析和论证 , 认为该阀门结构设计合理 , 控制功 能可靠 , 技术先进 , 满足了核电用阀的设计要 求 , 该产品经试生产 , 其各项性能指标均合格 。 第四届全国阁门与管道学术会议论文集出版发行 第四届全国阀门与管道学术会议于年月在厦门市召开 。 本论文集汇集了学术会议录 用的全部 篇论文 , 它反映了我国近年来在阀门与管道技术方面所取得的最新成就 。 内容包括阀 门 、 阀门驱动装置 、 管道等的试验研究 、产品开发 研制 、 设计计算 、 制造工艺及工装 、标准化、 国内外 技术发展动向 、 使用 、 检测及等 , 内容丰富 , 实用性强 。 现尚有部分余书 , 定价 叨元 , 邮购 元 。 需要者可向机械部通用机械研究所订购 。 地址安徽合肥长江西路 号 邮编 联系人郑晓来电话 ,