核電再熱閥組結構設計分析

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摘要：介紹了核電再熱閥組的應用工況、運行參數及其使用要求，分析了閥門的結構特點、運行過程及驅動方式。核電再熱閥組是安裝在從汽水分離器(MSR)出口至中壓缸或低壓缸入口之間的再熱管道上的閥門，其主要作用是參與汽輪機負荷調節(jié)及在系統(tǒng)緊急情況下快速關閉以防止汽輪機超速。目前，該類型閥門已應用到工程項目中。

關鍵詞:核電站用閥;汽輪機;再熱閥組

1概述

核電因其具有的低碳清潔、安全穩(wěn)定發(fā)電等特點，適應電網基荷電源的要求，能大規(guī)模代替煤炭等化石能源，未來將成為我國能源結構的重要組成部分。核電再熱閥組是用來保護汽輪機安全運行的關鍵設備。目前，國內投運的百萬等級核電機組中，核電再熱閥組長期依靠進口，其采購成本較為昂貴，不利于降低工程造價和維護成本。核電再熱閥組的功能主要是安全功能，首先是當汽輪機跳閘時，關閉蒸汽管路，防止汽水分離再熱器和管道中大量蒸汽繼續(xù)進入低壓缸，繼而防止汽輪機發(fā)生超速運轉的危險。其次是調節(jié)汽輪機蒸汽流量和控制汽輪機低壓缸的進汽量。核電再熱閥組為非核級閥門，安裝在汽水分離再熱器(MSR)和汽輪機低壓缸之間的管路上，相當于由2臺蝶閥串聯(lián)組成的閥組，一臺汽輪發(fā)電機組需要4～6套閥組并列安裝而成(圖1)。

2運行參數

以CAP1400汽輪機機組為例，管道尺寸為DN1400，材質為碳鋼，閥門類型為非密封型蝶閥，與管道連接方式為對焊連接，驅動方式為液壓驅動，油開、彈簧關。汽輪機組運行期間，要求主汽閥啟閉時間≤50s，調節(jié)閥啟閉時間≤5s。在事故工況時，主汽閥、調節(jié)閥均能快速關閉，快速關閉時間≤0.3s。核電再熱閥組運行參數見表1。

3技術特性

主汽閥、調節(jié)閥各由其驅動控制裝置和閥門本體組成，其中閥門本體采用蝶形非密封閥門，驅動控制裝置采用彈簧快關液壓開啟型式。

3.1閥門結構

蝶形非密封閥門(圖2)主要由閥體、蝶板、閥桿、軸承、填料壓蓋、法蘭蓋和驅動控制裝置等組成。

3.1.1閥體與蝶板由于中壓主汽調節(jié)閥結構長度較長、使用場合重要性等原因，閥體采用鋼板卷板焊接，焊縫探傷處理;蝶板進行優(yōu)化型線設計，采用碳鋼鑄造件，使閥門滿足在額定工況下全開壓損小于1.0%。通過蝶板限位裝置，保持蝶板在閥體內不竄動;同時保持蝶板與閥體之間的間隙，當在閥門的正常運行狀態(tài)或最大運行狀態(tài)下，將閥門關閉，則通過該縫隙控制流過閥門的流量。

3.1.2閥桿與蝶板、驅動裝置的連接形式閥桿采用通軸結構，與蝶板、驅動裝置采用花鍵連接，保證閥桿的定位精度及其高溫工作狀態(tài)下軸向的伸縮。

3.1.3軸封結構閥門的軸封采用經優(yōu)化設計的碳纖維+多層次柔性石墨碟型組合填料密封結構，可實現(xiàn)低摩擦，及確保軸封無泄漏。

3.1.4軸承為防止中壓主汽調節(jié)閥在運行中出現(xiàn)卡塞的現(xiàn)象，通過優(yōu)化軸承材料以及配合間隙，實現(xiàn)閥組在各種工況下保持動作的靈活性。依據使用介質不同的工況參數，分別考慮閥軸和軸承的強度要求，選擇適宜的閥軸、軸套材料來滿足設計強度要求，同時經適宜的工藝處理，保證軸承具有足夠的表面硬度以及接觸強度，并具有很好的耐磨性，防止在高溫時的擦傷或卡塞。由于蝶閥為部分旋轉達到啟閉的閥門，其旋轉角度小、操作時間短，軸承采用滑動軸承。

3.2驅動裝置

由于核電再熱閥組為大通徑蝶形閥，其開閥力矩大，同時閥門快關動作時間≤0.3s，采用彈簧快關—液壓開啟型傳動裝置作為閥門的驅動裝置。

3.2.1驅動結構驅動裝置采用齒輪齒條傳動，利用壓力油開啟，彈簧壓縮儲能。齒輪、齒條的軸承均采用自潤滑軸承以減小摩擦力提高傳動效率。通過彈簧釋放儲能確保閥門快速動作，滿足閥門的開關、調節(jié)控制、活動試驗功能。彈簧機構與油動機安裝在驅動裝置傳動箱體的同側，減小閥門對安裝空間的要求。油動機中油缸為單作用式，無桿腔為工作腔，有桿腔為非工作腔。油動機內活塞桿進行表面處理，保持其動作性能。驅動裝置傳動箱體另一側設置限位結構，限制閥門的全開、全關位置。

3.2.2閥位反饋結構驅動裝置的閥位反饋結構采用選用磁致伸縮直線位移傳感器(一件傳感器輸出3組閥位信號)，具有較高的調節(jié)精度和可靠性。

3.3零件材質

核電再熱閥組主要零件材料應根據使用溫度、工作壓力及介質等因素選用，可參見表2。

4結語

核電再熱閥組雖然是非核級閥門，但其重要性甚至要比一般的核級閥門還要高。在閥組快速關閉時，一旦發(fā)生動作卡塞現(xiàn)象，將會導致汽輪機的超速運轉，甚至可能因長期失去系統(tǒng)用電而跳堆。因此，在設計過程中，為保證閥門的全開、全關，閥門的扭矩變化及驅動裝置運行的安全，對閥桿剛度校核以及閥門應力場、溫度場、流場等仿真驗證及控制性校核都顯得尤為重要。

參考文獻

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作者：王曉峰 單位：江南閥門有限公司