核一级高C_v值旋启式止回阀研制.pdf

文章编号 1002258552009 0220029203 作者简介贾尚升1979 - ,男,甘肃景泰人,工程师,从事阀门产品设计工作。 核一级高Cv值旋启式止回阀研制 贾尚升 1,王志敏1,马宇箭2,孙云根3,刘崇都3,唐越强3 1.中核苏阀科技实业股份公司有限公司,江苏 苏州215129;2.中国核仪器设备总公司,北京100037; 3.核电秦山联营有限公司,浙江 秦山314300 摘要 介绍了核一级高Cv值旋启式止回阀的设计规范和设计方法,分析了其结构特点和工作性 能论述了设计中应重点考虑的制造工艺难点和产品完成出厂试验后需进行的一系列型式试验。 关键词 核一级;高Cv值;旋启式止回阀 中图分类号TH134 文献标识码A The high2Cv2value nuclear safety class 1 swing check valve developement JIA Shang2sheng 1 ,WANG Zhi2m in 1 ,MA Yu2jian 2 , SUN Yun2gen 3 , L IU Chun2du 3 , TANG Yue2qiang 3 1. Sufa Techinology Industry Co. , L td. CNNC, Jiangsu215129, China; 2. China N uclear Instrum ents and Equipm engt Corporation, Beijing100037, China; 3. N uclear Pow er Q inshan Joint V enture Company L im ited, Q inshan314300, China AbstractThis article introduces the design specification and design m ethod of the H igh2Cv2V alue N u2 clear Safety Class1Sw ing Check V alve. It analyzes its construction features and w orking per ance. It discusses the m anufacturing process difficulties w hich should be considered w hen designing and a se2 ries of type tests after the products complete the leave factory tests. Key wordsnuclear safty class1; high2Cv2value; sw ing check valve 1 概述 核一级高Cv值旋启式止回阀简称高Cv值止 回阀用于百万级千瓦核电站反应堆冷却剂系统 主回路系统中。该阀门安装于安全壳内侧。阀门 结构要求具有高流量特性。该阀门具有安全壳隔离 功能。类似结构的阀门可用于安全壳喷淋系统、 安全 注入系统和余热导出系统等。设计符合RCC - M 压 水堆核岛机械设备设计和建造规则 的要求。 2 设计参数 系统代号 RCP121VP、RCP221VP、RCP321VP R I N N I XSSA0250 N IXSSI0250 质保级 QA1 规范等级 1级 抗震类别 1A 工作压力 1712MPa abs 工作温度 343℃ 流量系数 Cv≥2 900 阀体材料 不锈钢锻件 工作介质 反应堆冷却剂含硼水 3 设计规范和标准 HAF 003 核电厂质量保证安全规定 RCC - M 压水堆核岛机械设备设计和建造规 则 AS ME QME - 1 核电站用动力操纵阀门组件 的功能合格要求 ANSIB16141 核电站动力操作能动阀门装置 功能鉴定 EJ /T 102217 压水堆核电厂阀门包装、 运输与 贮存 EJ /T 102219 压水堆核电厂阀门产品出厂检 查与试验 4 性能 高Cv值止回阀图 1 结构简单紧凑,拆装维修 方便,高流量特性显著,质量轻。该阀通过摇杆座建 922009年第2期 阀 门 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 立阀瓣与阀座的密封,取消了传统的四开环结构,简 化了摇杆座结构,因此也减小了阀门的结构尺寸,减 少了加工时间和加工难度,控制了阀门制造成本。 图1 核一级高Cv值旋启式止回阀 411 高Cv值 高Cv值止回阀要求流量系数Cv≥2 900。设计 的重点为阀门结构及阀体内腔空间尺寸,并控制阀 瓣的旋启角度。通过对Cv值的模拟计算满足设计 要求。 通过软件模拟可知,影响旋启式止回阀流通能 力的主要因素有阀瓣开度和流道直径。 1阀瓣开度 在既定的流道直径下,当阀瓣开 启至一定角度时,阀瓣的开度对Cv值的影响较小。 2流道直径 在既定的阀瓣开度下,流道直 径是影响Cv值的主要因素。 标准结构和参数等同的内置式旋启式止回阀, 经过模拟图2 ,其Cv1 892,小于Cv≥2 900的设 计要求。 图2 标准结构阀门Cv值模拟计算 高Cv值止回阀设计中,以保证高流量特性和外 形尺寸最小为原则,确定了阀瓣开度和流道直径 图 3 。经模拟Cv3 288,经试验验证Cv3 587, 满足Cv≥2 900的设计要求。 412 阀体 阀体的中法兰为整体式,螺栓孔沉入阀体中,中 腔结构力求简单,内腔出口位置设计为流线型图 4 ,以保证旋启角度并减少流阻,从而满足Cv值的 要求。整个阀体加工尺寸较标准产品阀体简单,纵 向结构尺寸小。阀体外形结构也较简单,方便成熟 产品模锻批量加工。 413 阀座 阀座既能保证密封,又能对摇杆座支撑定位 图 5 。针对各种功能的要求,阀座设计为偏心圆 结构,从而改善了多功能阀座的制造工艺性,保证了 加工效率,降低了加工成本。阀座焊接在阀体上,焊 缝形式进行了优化图 6 。密封面采用小角度斜面 结构。 414 摇杆座 摇杆座为弧形图7 ,安装在阀座上,并增加防 松结构,消除了摇杆座-阀座的连接螺钉因松动而 掉入流道的隐患。为确保装配时阀瓣与阀座密封面 03 阀 门 2009年第2期 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 能可靠重合,采用了双重定位结构。外形简洁,尺寸 减小,功能性强,易于加工,装配简单,工艺性好。 图7 摇杆座 415 材料 高Cv值止回阀阀体和阀盖等承压件均为核一 级锻件,其化学成分和技术性能指标要求严格,由于 锻件尺寸大,对锻造工艺方法提出更高要求。为保 证锻件内在质量,一方面选择合理的锻造、 热处理工 艺方法,严格控制始终锻温度、 热处理温度。另一方 面,通过超声波探伤、 高温拉伸试验等无损检测和力 学性能测试,金相成分分析,确保锻件化学成分、 机 械性能等符合核一级标准。 5 设计计算 对主要承压零件进行了应力强度计算,对阀门 的自振频率进行分析,以等效静力法对阀门危险断 面进行抗震分析。根据RCC - M规范对压力、 温度 瞬态工况条件进行了筛选,选取两个工况参数进行 疲劳分析表 1 。 表1 试验结果 工况瞬态次数温度 △T/℃压差 △p /M Pa 12 050354915 231 5501894 计算允许液体温度阶跃变化的次数计算值N1、 N2均为10E11,疲劳损伤系数It≈0,符合规范不 大于110的要求。设计中还考虑了密封面的研磨、 焊接和焊后热处理工艺及表面粗糙度和平面度检 测,阀体与阀座焊接的坡口尺寸、焊接工艺及焊接 强度,摇杆座与阀座凸台配合面垂直度、孔的尺寸 公差,阀座凸台的垂直度,凸台上螺钉孔的加工工 艺、孔的位置公差,焊接变形对工件的影响等。 6 试验 高Cv值止回阀按规范书的要求编制了试验程 序和试验大纲,并得到了设计院及用户的认可,试 验结果良好,符合规范书要求。完成出厂试验后, 按规范书的要求进行了一系列的型式试验,如试验 前检验,端部管道反作用载荷试验,冷、热态功能 试验,中间检验,动作寿命试验,热冲击试验,流 体阻断试验,试验后检验和流量系数测试等。 核一级旋启式止回阀的设计、评审、制造、出 厂试验和鉴定试验均已完成。试验结果符合规范书 的要求,试验中未发现介质泄漏现象、压力边界保 持完好。 7 对比 改进的内置式结构和普通核级止回阀结构 图8分析对比结果如表2。 图8 普通核级止回阀典型结构 表2 结构对比分析 方式 核一级高Cv值 旋启式止回阀 普通核级旋启式止回阀 销轴布置内置式 摇杆支撑 阀座支撑阀体支撑 阀体阀体内腔工艺性好 阀体内腔型面相对复杂, 加工工序多 摇杆座 型式 弧形摇杆座 铸、 锻造阀体均适用 相同阀瓣开度所需中腔小 环形摇杆座、U形摇杆座 环形摇杆座 铸造、 锻造阀体均适用 U形摇杆座 通常用于铸造阀体 环形摇杆座相同阀瓣开度 所需中腔尺寸大 阀瓣开度 阀瓣开度满足高Cv值 要求 开度 ≤50 无法满足高 Cv值要求 流道直径 满足Cv值要求的计算值 标准值。无法满足高Cv 值要求 阀门质量 约600kg700～1 200kg 8 结语 高Cv值止回阀采用改变摇杆支撑方式新结 构,使得阀体结构得到简化,阀瓣开度也大大增 加,相同直径下,流通能力大幅度提高。同时,阀 门质量却得到了很好的控制,工艺简单,经济性 好,各项性能指标符合要求,现已申请专利。 参考文献 〔1〕 RCC-M- 2000 2002补遗,压水堆核岛机械设备设计和 建造规则 〔S〕. 〔2〕 ASM E B16110 - 2000,阀门结构长度 〔S〕. 〔3〕 沈阳阀门研究所.阀门设计 〔Z〕.沈阳沈阳阀门研究所, 1976. 〔4〕 杨源泉.阀门设计手册 〔M〕.北京机械工业出版社, 1992. 收稿日期2009101101 132009年第2期 阀 门 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载