核电再热阀组结构设计分析

摘要：介绍了核电再热阀组的应用工况、运行参数及其使用要求，分析了阀门的结构特点、运行过程及驱动方式。核电再热阀组是安装在从汽水分离器(MSR)出口至中压缸或低压缸入口之间的再热管道上的阀门，其主要作用是参与汽轮机负荷调节及在系统紧急情况下快速关闭以防止汽轮机超速。目前，该类型阀门已应用到工程项目中。

关键词:核电站用阀;汽轮机;再热阀组

1概述

核电因其具有的低碳清洁、安全稳定发电等特点，适应电网基荷电源的要求，能大规模代替煤炭等化石能源，未来将成为我国能源结构的重要组成部分。核电再热阀组是用来保护汽轮机安全运行的关键设备。目前，国内投运的百万等级核电机组中，核电再热阀组长期依靠进口，其采购成本较为昂贵，不利于降低工程造价和维护成本。核电再热阀组的功能主要是安全功能，首先是当汽轮机跳闸时，关闭蒸汽管路，防止汽水分离再热器和管道中大量蒸汽继续进入低压缸，继而防止汽轮机发生超速运转的危险。其次是调节汽轮机蒸汽流量和控制汽轮机低压缸的进汽量。核电再热阀组为非核级阀门，安装在汽水分离再热器(MSR)和汽轮机低压缸之间的管路上，相当于由2台蝶阀串联组成的阀组，一台汽轮发电机组需要4～6套阀组并列安装而成(图1)。

2运行参数

以CAP1400汽轮机机组为例，管道尺寸为DN1400，材质为碳钢，阀门类型为非密封型蝶阀，与管道连接方式为对焊连接，驱动方式为液压驱动，油开、弹簧关。汽轮机组运行期间，要求主汽阀启闭时间≤50s，调节阀启闭时间≤5s。在事故工况时，主汽阀、调节阀均能快速关闭，快速关闭时间≤0.3s。核电再热阀组运行参数见表1。

3技术特性

主汽阀、调节阀各由其驱动控制装置和阀门本体组成，其中阀门本体采用蝶形非密封阀门，驱动控制装置采用弹簧快关液压开启型式。

3.1阀门结构

蝶形非密封阀门(图2)主要由阀体、蝶板、阀杆、轴承、填料压盖、法兰盖和驱动控制装置等组成。

3.1.1阀体与蝶板由于中压主汽调节阀结构长度较长、使用场合重要性等原因，阀体采用钢板卷板焊接，焊缝探伤处理;蝶板进行优化型线设计，采用碳钢铸造件，使阀门满足在额定工况下全开压损小于1.0%。通过蝶板限位装置，保持蝶板在阀体内不窜动;同时保持蝶板与阀体之间的间隙，当在阀门的正常运行状态或最大运行状态下，将阀门关闭，则通过该缝隙控制流过阀门的流量。

3.1.2阀杆与蝶板、驱动装置的连接形式阀杆采用通轴结构，与蝶板、驱动装置采用花键连接，保证阀杆的定位精度及其高温工作状态下轴向的伸缩。

3.1.3轴封结构阀门的轴封采用经优化设计的碳纤维+多层次柔性石墨碟型组合填料密封结构，可实现低摩擦，及确保轴封无泄漏。

3.1.4轴承为防止中压主汽调节阀在运行中出现卡塞的现象，通过优化轴承材料以及配合间隙，实现阀组在各种工况下保持动作的灵活性。依据使用介质不同的工况参数，分别考虑阀轴和轴承的强度要求，选择适宜的阀轴、轴套材料来满足设计强度要求，同时经适宜的工艺处理，保证轴承具有足够的表面硬度以及接触强度，并具有很好的耐磨性，防止在高温时的擦伤或卡塞。由于蝶阀为部分旋转达到启闭的阀门，其旋转角度小、操作时间短，轴承采用滑动轴承。

3.2驱动装置

由于核电再热阀组为大通径蝶形阀，其开阀力矩大，同时阀门快关动作时间≤0.3s，采用弹簧快关—液压开启型传动装置作为阀门的驱动装置。

3.2.1驱动结构驱动装置采用齿轮齿条传动，利用压力油开启，弹簧压缩储能。齿轮、齿条的轴承均采用自润滑轴承以减小摩擦力提高传动效率。通过弹簧释放储能确保阀门快速动作，满足阀门的开关、调节控制、活动试验功能。弹簧机构与油动机安装在驱动装置传动箱体的同侧，减小阀门对安装空间的要求。油动机中油缸为单作用式，无杆腔为工作腔，有杆腔为非工作腔。油动机内活塞杆进行表面处理，保持其动作性能。驱动装置传动箱体另一侧设置限位结构，限制阀门的全开、全关位置。

3.2.2阀位反馈结构驱动装置的阀位反馈结构采用选用磁致伸缩直线位移传感器(一件传感器输出3组阀位信号)，具有较高的调节精度和可靠性。

3.3零件材质

核电再热阀组主要零件材料应根据使用温度、工作压力及介质等因素选用，可参见表2。

4结语

核电再热阀组虽然是非核级阀门，但其重要性甚至要比一般的核级阀门还要高。在阀组快速关闭时，一旦发生动作卡塞现象，将会导致汽轮机的超速运转，甚至可能因长期失去系统用电而跳堆。因此，在设计过程中，为保证阀门的全开、全关，阀门的扭矩变化及驱动装置运行的安全，对阀杆刚度校核以及阀门应力场、温度场、流场等仿真验证及控制性校核都显得尤为重要。

参考文献

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作者：王晓峰 单位：江南阀门有限公司