一種新型安全閥閥瓣結(jié)構(gòu)的分析

　　介紹了一種國(guó)外新型彈簧式安全閥的使用情況，分析了核電安全閥維護(hù)和檢修的要求和經(jīng)驗(yàn)，并給出了安全閥閥瓣維護(hù)的改進(jìn)與建議。

1、概述

　　隨著核電機(jī)組容量的增大，高溫高壓給水和蒸汽介質(zhì)對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行提出了更高的要求。彈簧式安全閥作為機(jī)組安全運(yùn)行的關(guān)鍵保障設(shè)備在國(guó)內(nèi)大型電站機(jī)組應(yīng)用日益廣泛，其穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行性能直接關(guān)系到機(jī)組運(yùn)行的安全和效率。

2、工況系統(tǒng)

　　目前，CPR1000 核電機(jī)組使用的高端彈簧式安全閥大部分需要進(jìn)口，使用的系統(tǒng)主要有VVP( 主蒸汽系統(tǒng)) 、RCV( 化學(xué)和容積控制系統(tǒng)) 、RRI( 設(shè)備冷卻水系統(tǒng)) 、RIS( 安全注入系統(tǒng)) 和REN( 核取樣系統(tǒng)) 等系統(tǒng)。彈簧式安全閥在國(guó)內(nèi)大型電站機(jī)組應(yīng)用日益廣泛，在國(guó)內(nèi)電站使用過(guò)程中，其穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行性能得到進(jìn)一步驗(yàn)證和認(rèn)可。對(duì)彈簧式安全閥的基本要求是應(yīng)滿(mǎn)足一定的介質(zhì)排放量，在正常工作壓力下保持密封性能，在設(shè)定的整定壓力下正常起跳，滿(mǎn)足一定的回座比。

3、閥座結(jié)構(gòu)

　　在核電機(jī)組使用的彈簧式安全閥閥座結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。閥瓣作為彈簧式安全閥的主要密封零件，其閥瓣設(shè)計(jì)采用了柔性結(jié)構(gòu)。

圖1 閥座結(jié)構(gòu)

　　3.1、使用情況

　　彈簧式安全閥設(shè)定的整定壓力一般通過(guò)調(diào)整彈簧的壓縮量進(jìn)行調(diào)節(jié)，彈簧壓縮量越大則整定壓力越高，彈簧壓縮量越小則整定壓力越低。彈簧壓緊力通過(guò)閥桿向下直接傳遞到閥瓣上，使得閥瓣密封面與噴嘴密封面相互平面貼合壓緊并形成足夠大的密封預(yù)緊力。

　　對(duì)于普通平面結(jié)構(gòu)的閥瓣( 圖2) ，在噴嘴密封面平整、光潔條件下，當(dāng)介質(zhì)運(yùn)行壓力升高到安全閥設(shè)定的整定壓力96% 時(shí)安全閥會(huì)出現(xiàn)預(yù)泄現(xiàn)象。彈簧式安全閥的預(yù)泄現(xiàn)象在一定程度上有助于閥門(mén)起跳。因此，將安全閥設(shè)定的整定壓力與介質(zhì)最大運(yùn)行壓力的差值定為5%以上。

圖2 普通平面閥瓣

　　為進(jìn)一步提高安全閥的密封性能，將普通平面閥瓣結(jié)構(gòu)改進(jìn)為柔性閥瓣結(jié)構(gòu)( 圖3) 。改進(jìn)的閥瓣在其密封面背側(cè)加工一道環(huán)形凹槽，使得閥瓣密封面具有一定的彈性。該結(jié)構(gòu)將介質(zhì)壓力導(dǎo)入閥瓣密封面背側(cè)的環(huán)形凹槽內(nèi)并作用在與閥瓣密封面相對(duì)的環(huán)形斜面上。由于環(huán)形斜面是內(nèi)側(cè)較薄、外側(cè)較厚結(jié)構(gòu)，隨著介質(zhì)運(yùn)行壓力升高并接近至96% 整定壓力時(shí)，閥瓣密封面被介質(zhì)壓力向下推壓產(chǎn)生微小變形，此時(shí)閥瓣密封面外側(cè)輕微抬起，凹槽張口輕微增大，而閥瓣密封面內(nèi)側(cè)依然與噴嘴密封面保持平面貼合，且兩者密封面的接觸寬度隨著介質(zhì)壓力的不斷升高也在逐漸輕微變小，在一定程度上增加了安全閥的密封比壓，從而可將安全閥產(chǎn)生預(yù)泄的壓力值提升而能夠保持安全閥的密封性能。在噴嘴密封面平整、光潔條件下，安全閥的預(yù)泄點(diǎn)壓力推遲甚至可以達(dá)到設(shè)定的整定壓力98%。

圖3 柔性閥瓣

　　在保證安全閥設(shè)定的整定壓力準(zhǔn)確的前提下，柔性閥瓣結(jié)構(gòu)可以使安全閥在運(yùn)行壓力達(dá)到設(shè)定的96% ～98%整定壓力時(shí)仍然可以無(wú)泄漏，而且在設(shè)定的整定壓力范圍內(nèi)起跳準(zhǔn)確，回座性能穩(wěn)定。柔性閥瓣結(jié)構(gòu)不但提高了電站機(jī)組的彈簧式安全閥運(yùn)行密封性能，而且也提高了保持密封性的運(yùn)行壓力值。

　　3.2、結(jié)構(gòu)分析

　　柔性閥瓣結(jié)構(gòu)有利于安全閥的密封性能，但其閥瓣密封面內(nèi)側(cè)較薄、外側(cè)較厚的結(jié)構(gòu)也使得其使用壽命受到一定的影響。根據(jù)安全閥的密封性能及準(zhǔn)確起跳的特性，一般多采取每年定期解體檢修并對(duì)閥瓣和噴嘴密封面進(jìn)行研磨拋光的措施進(jìn)行維護(hù)。但多次或過(guò)度研磨閥瓣密封面將導(dǎo)致閥瓣密封面內(nèi)側(cè)較薄部分邊沿成為厚度更薄的環(huán)形刃口，大大降低了該部位的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。該環(huán)形刃口在高溫高壓介質(zhì)作用下，尤其在安全閥預(yù)泄或起跳階段，因強(qiáng)度降低因素容易在該部位產(chǎn)生開(kāi)裂或漲裂( 圖4) ，已發(fā)生過(guò)因閥瓣密封面開(kāi)裂問(wèn)題而導(dǎo)致安全閥回座后出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，嚴(yán)重的開(kāi)裂或漲裂問(wèn)題將直接導(dǎo)致電站機(jī)組停機(jī)，影響了電站機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

圖4 閥瓣密封面開(kāi)裂

　　3.3、閥瓣維護(hù)

　　基于閥瓣安全使用要求，給出了不同型號(hào)彈簧式安全閥的閥瓣密封面研磨后的關(guān)鍵極限尺寸( 如圖5 中尺寸C) ，并建議當(dāng)閥瓣密封面研磨后的厚度尺寸不足該極限尺寸要求時(shí)，應(yīng)該使用備品進(jìn)行更換。關(guān)鍵極限尺寸可參考產(chǎn)品的具體數(shù)據(jù)。

(a) 普通平面閥瓣結(jié)構(gòu)(b) 柔性閥瓣結(jié)構(gòu)

圖5 閥瓣密封面研磨后關(guān)鍵極限尺寸C

4、結(jié)語(yǔ)

　　安全閥是保障機(jī)組安全運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，了解和掌握安全閥的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、密封原理及檢修要求，獲得必要的安全閥快速檢修要求和經(jīng)驗(yàn)，用于保證彈簧式安全閥在電站使用過(guò)程中，其穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行性能。