RCC-M核1级手动波纹管截止阀的设计

RCC-M核1级手动波纹管截止阀的设计

李茂元周长宝

(哈电集团哈尔滨电站阀门有限公司黑龙江哈尔滨150000)

摘要介绍了波纹管截止阀的工作原理、结构特点，设计参数及具体的设计方法。

关键词RCC-M；核一级；波纹管；截止阀

1工作原理

波纹管截止阀采用波纹管密封技术，通过阀体、阀盖、阀杆及波纹管组件形成一个密封空间，避免介质接触到阀杆处的填料。因此可以保证阀杆处的零泄漏，避免介质对周边环境的不利影响。具有更高的安全性，及减少维修次数，降低运营成本的优点。

2设计分析

核1级波纹管截止阀安装在RCP反应堆冷却剂系统，起到联通和切断管道的作用。由于冷却剂具有非常高的放射性，所以核电厂对此阀门的密封性要求非常高。长期以来，此阀门一直依赖于国外进口，如KSB公司和VELEN公司等。为了打破国外产品的技术垄断，我公司决定开展此阀门的国产化工作。

通过借鉴国外产品的结构特点，同时依托我公司长期积累的截止阀设计经验。为了满足技术规格书里的相关密封要求，考虑阀杆处低泄漏的设计需要，此阀门采用波纹管和填料的双重密封形式。由于波纹管的特殊性和重要性，我公司与国内著名的波纹管制造厂家（沈阳仪表科学研究院）合作，共同完成波纹管密封结构的设计工作。通过波纹管截止阀的型式试验，验证阀门的密封性，同时也验证了国产波纹管的性能。

3设计参数

依据用户提供的技术规格书，摘录出阀门的主要设计参数，详见表1

表1

4结构设计（结构图见图1）

图1

⑴阀门的内部密封采用典型的锥面密封形式，具有密封效果好、自清洁的特点。并且阀体及阀瓣均堆焊钴基硬质合金，高温环境下具有强度高，耐冲蚀特性，极大的延长了阀门的使用寿命。

⑵阀杆与阀瓣设计成球面配合结构，在阀瓣下降关闭过程中，阀瓣具有一定万向性，从而保证阀瓣与阀体的同轴性。

⑶由于阀门的公称通径较大DN50，所以阀体与阀盖间采用传统的中法兰、螺栓、垫片的密封形式。通过止口的公差来控制垫片的压缩量，严格的满足图纸要求。根据阀门的设计参数及抗震载荷精确计算出螺栓的预紧力矩，通过力矩扳手，准确、多次、均匀地施加在螺母上，从而实现整体结构的最佳密封状态。

⑷为了满足技术规格书中关于阀杆处泄漏量的要求，阀门采用波纹管+填料的双重密封形式。即使事故工况下，波纹管失效，填料仍然能保证阀杆处的密封性。波纹管采用高性能的Inconel材料，整体液压成型。

波纹管出厂试验应至少包括：尺寸检验、目视检验、液体渗透检验及射线检验、强度试验、氦检漏试验等，氦检漏的允许泄漏率为≤1.33x10-6Pa.m3/S。由于波纹管壁厚较薄，通常与上、下连接件采用自熔式焊接。波纹管组件下端与阀杆焊接，上端与阀盖焊接，从而保证介质接触不到填料。在波纹管不失效的情况下，永远不会泄漏到外界，进而实现阀门的高密封性。

⑸此外在阀杆与阀盖处增加倒密封结构，可以实现现场带压更换填料。

⑹填料螺栓上部安装组合放置的碟簧，避免因填料磨损丢失而导致螺母松动。

⑺阀门设计有导向机构，保证阀杆只做直线升降运动，避免波纹管由于阀杆旋转承受剪切力。

5设计计算

为满足用户技术规格书的要求，保证承压边界的完整性和功能的不丧失性。此阀门主要依据RCC-MB3500篇进行设计。

依据B3513的描述，当阀门公称通径DN≤50时，核一级阀门可以依据RCC-MC篇进行设计。所以此阀门的下述设计多依据C篇进行计算。

阀体强度计算

⑴依据C3542，分别计算阀门支管与中腔的最小壁厚tm；

⑵依据C3552，计算O、A工况下的一次薄膜应力和一次薄膜+弯曲应力

⑶依据C3553，计算B、C、D工况下的一次薄膜应力和一次薄膜+弯曲应力

⑷依据C3554计算试验工况的一次薄膜应力

6结语

通过厂内试验及型式试验，我公司新研发的核1级波纹管手动截止阀完全满足用户技术规格书的要求，为此阀门的国产化打下坚实基础。同时改变了该类型阀门长期依赖进口的不利局面，促进了我国核电设备的发展，产生了良好的经济效益和社会效益。

同时，通过和波纹管厂家密切合作，扩大了波纹管产品覆盖范围，提升了波纹管厂家的配套能力。

参考文献：

[1]EJ-T1022.11996版《压水堆核电厂阀门设计和制造通则》

[2]HAF00391版《核电厂质量保证安全规定》

[3]实用阀门设计手册[M]陆培文2006版

[4]JB/T10507-2005[S]阀门用金属波纹管

作者简介：李茂元（1985-），男，吉林榆树人。工程师，从事阀门设计与研发工作。