一、項目概況

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長，為解決電力的“瓶頸”問題，國家發(fā)改委明確核電遠(yuǎn)景規(guī)劃，到2020年中國核電裝機(jī)容量將達(dá)到7000萬～8000萬kW。這意味著今后國家要建設(shè)一批百萬千瓦級核電站，提高核電發(fā)電量。

　　鑒于普通核電站閥門已部分國產(chǎn)化，但高要求的核一級閥門，技術(shù)要求嚴(yán)，安全系數(shù)高，是發(fā)達(dá)國家對我國技術(shù)封鎖或以昂貴價格賺取高額利潤的產(chǎn)品。因而，要緩解核電投資過大矛盾的唯一出路就是盡快實現(xiàn)核電站關(guān)鍵閥門的自主設(shè)計、制造、安裝和調(diào)試，實現(xiàn)國產(chǎn)化。

　　面對如此形勢，中核蘇閥科技實業(yè)股份有限公司成立了秦山二期擴(kuò)建項目樣機(jī)攻關(guān)小組，通過借鑒國外經(jīng)驗，進(jìn)行自主開發(fā)、技術(shù)攻關(guān)。樣機(jī)研制成功將填補(bǔ)我國在這一領(lǐng)域的空白，改變長期依賴進(jìn)口的局面，為國家的核電建設(shè)作出貢獻(xiàn)。

　　1.項目立項

　　核工業(yè)第二研究設(shè)計院根據(jù)秦山二期擴(kuò)建的要求，需對CH1-2″P16WR22R-K(YJ)進(jìn)行樣機(jī)制造，并進(jìn)行一系列型式試驗。

　　2.任務(wù)書的下達(dá)

　　核工業(yè)第二研究設(shè)計院下達(dá)了“壓水堆核電站升降式止回閥研制任務(wù)書”，文件編號：PLDSF200705。

　　3.閥門的功能

　　本任務(wù)書研制的閥門為百萬千瓦級核電站安全注入系統(tǒng)使用的閥門，系統(tǒng)代號為RIS040VP。該閥門為核安全Ⅰ級，規(guī)范Ⅰ級，抗震類別為1A，質(zhì)保等級Q1，閥體材料為不銹鋼，公稱直徑DN50mm，最高工作壓力為17.13MPa，最高工作溫度為343℃。閥門工作介質(zhì)為反應(yīng)堆冷卻劑(含硼水)。該閥門安裝于安全殼內(nèi)側(cè)，閥體要求采用鍛件。

　　為增加該類閥門的通用性，增加該閥門具有安全殼隔離功能。

　　類似結(jié)構(gòu)的閥門還可用于安全殼噴淋系統(tǒng)、安全注入系統(tǒng)、余熱導(dǎo)出、化學(xué)容積控制系統(tǒng)以及設(shè)備冷卻水等系統(tǒng)。

　　4.閥門的主要技術(shù)參數(shù)

　　閥門名稱：核一級升降式止回閥。

　　閥門型號：CH1-2″P16WR22R-K(YJ)

　　公稱通徑：DN50

　　公稱壓力：1690lb(1lb=0.454kg)

　　安全等級：Ⅰ級

　　抗震要求：1A

　　工作溫度：343℃

　　工作壓力：17.13MPa

　　工作介質(zhì)：反應(yīng)堆冷卻劑

　　主體材料：M3301/Z2CND18-12N.S

　　密封面材料：STL6/STL6

　　使用壽命：40年

　　安裝位置：安全殼內(nèi)

　　5.設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

　　1)PLDSF200705壓水堆核電站升降式止回閥研制任務(wù)書。

　　2)ASMEQME-1核電廠能動機(jī)械設(shè)備的鑒定。

　　3)RCC-M《壓力堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計和制造規(guī)則》2000版+2002補(bǔ)遺。

　　4)ASMEB16.10閥門結(jié)構(gòu)長度。

　　5)IEEE382核電廠中具有安全相關(guān)功能的動力操作閥組件執(zhí)行機(jī)構(gòu)的鑒定。

　　6)HAF003核電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定。

二、研制過程

　　為了盡快完成樣機(jī)的研制，中核蘇閥成立了由總工程師直接領(lǐng)導(dǎo)下的研制項目組，由技術(shù)研發(fā)中心、核閥分廠、焊熱分廠、鍛造分廠、鑄造分廠、制造部、質(zhì)量管理部以及采購部等單位技術(shù)精英和管理人員組成，采取項目負(fù)責(zé)制，運用公司最好的人力和物力資源進(jìn)行此次樣機(jī)的研制。

　　1.密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　閥體和閥蓋采用帶纏繞式墊片密封的螺栓法蘭聯(lián)接，裝拆簡單方便，有足夠的可靠性。

　　(1)閥瓣堆焊長度在考慮節(jié)省成本和優(yōu)化設(shè)計的前提下，堆焊長度改進(jìn)如圖1所示。

　　此改進(jìn)優(yōu)點有3個：

圖1 閥瓣堆焊

　　1)在滿足導(dǎo)向的條件下，減小了摩擦力，更利于開啟。

　　2)有足夠的空間利于泄壓。

　　3)節(jié)約成本。

　　(2)密封面處密封形式由面密封改為線密封，如圖2所示。

圖2 密封形式

　　因為用球面對錐面的面密封明顯不能達(dá)到密封要求，因此改用鉸孔使之配成線密封，這樣便能滿足密封要求。

　　(3)密封面材料閥門設(shè)計時在閥體和閥瓣密封面處堆焊的是STL6，兩處雖然材料是相同的，但它們之間存在著硬度差，使它們具有優(yōu)良的耐磨、抗擦傷性能，使用穩(wěn)定性好，并且防止咬死情況的出現(xiàn)。而且這些優(yōu)點已在中核蘇閥其他核電閥門設(shè)計中得到證實。

　　(4)主體毛坯選擇閥門主體毛坯采用了鍛件，并嚴(yán)格按照Q/DJ100.4R進(jìn)行超聲波探傷和液體滲透探傷。

　　(5)應(yīng)力計算和抗震分析按RCC-M要求對閥體、閥瓣、閥蓋等進(jìn)行了詳細(xì)的應(yīng)力計算，并進(jìn)行了自振頻率的計算，確定閥門的自振頻率大于33Hz后以等效靜力法按設(shè)計壓力+自重+動載荷(SSE)+閥門驅(qū)動力的載荷組合對閥門的危險斷面進(jìn)行抗震分析。其中閥門自振頻率的計算值為3169.4Hz。

　　2.工藝設(shè)計

　　(1)主體毛坯的質(zhì)量控制本閥門的所有零件均為鍛件，鍛造時嚴(yán)格按照鍛造工藝規(guī)程和工序卡進(jìn)行，嚴(yán)格控制始鍛溫度、終鍛溫度、變形程度和變形速度，按工藝規(guī)程規(guī)定的冷卻方法進(jìn)行冷卻。對鍛成品進(jìn)行化學(xué)成分分析、力學(xué)性能試驗、晶間腐蝕試驗、金相組織分析，經(jīng)分析、試驗和測定，均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

　　鍛件的質(zhì)量通過超聲波檢驗和液體滲透檢驗來保證，按照RCC-M要求對鍛件進(jìn)行100%的超聲波探傷并評定，并對鍛件的全部表面進(jìn)行液體滲透檢驗和評定。

　　(2)焊接為了提高堆焊質(zhì)量，對閥瓣和閥座的密封面堆焊采用了等離子氬弧焊工藝。同時，為確保焊接質(zhì)量，對生產(chǎn)中所用焊接工藝重新進(jìn)行了工藝評定。

　　(3)裝配試驗優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品不僅需要高精度的零部件，更關(guān)鍵的是如何將這些高精度的零部件組裝成高性能的產(chǎn)品。中核蘇閥組織了一支經(jīng)驗豐富、技術(shù)過硬的、由多名技師和高級技工組成的裝配、調(diào)試小組，負(fù)責(zé)閥門的裝配、調(diào)試、試驗，制訂了零部件的清洗工藝、裝配工藝，在裝配和調(diào)試中嚴(yán)格把關(guān)，精益求精，確保閥門的裝配、調(diào)試成功，并進(jìn)行了各類性能試驗，各項指標(biāo)均符合設(shè)計任務(wù)書的要求。

　　(4)過程檢驗 對閥門編制了質(zhì)量計劃，以確保閥門從原材料、毛坯投入、機(jī)加工、焊接、熱處理、無損檢測、清洗、裝配、出廠試驗以及各項型式試驗均得到質(zhì)量控制，并得到核工業(yè)第二研究設(shè)計院認(rèn)可和現(xiàn)場見證。

三、型式試驗

　　編制了試驗程序，規(guī)定了需進(jìn)行的型式試驗的項目以及試驗順序，編制了相關(guān)的型式試驗大綱，清單如下：

　　1)試驗前檢驗大綱。

　　2)冷循環(huán)試驗大綱。

　　3)熱態(tài)功能和熱沖擊試驗。

　　4)中間檢驗大綱。

　　5)端部加載試驗大綱。

　　6)流量系數(shù)值測試。

　　7)試驗后檢驗大綱。

四、結(jié)語

　　核一級升降式止回閥的出廠試驗、試驗前檢驗、各項型式試驗、試驗后檢驗及各項型式試驗后所進(jìn)行的中間檢驗的各項性能測試指標(biāo)(如密封性能)均符合設(shè)計任務(wù)書、規(guī)范書、RCC-M和ASMEQME-1的要求，所有型式試驗完成后進(jìn)行的拆散檢驗表明閥門零部件沒有明顯損傷的痕跡，所測尺寸與試驗前檢驗相比無明顯變化。

參考文獻(xiàn)

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　　[2]機(jī)械設(shè)計手冊編寫組.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.