核电站燃料运输通道闸阀的设计研究
刘海波1 陈爱美2 张广军1 刘海涛1
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刘海波1 陈爱美2 张广军1 刘海涛1,. 核电站燃料运输通道闸阀的设计研究[J]. 核工业与技术,20237. DOI:10.12721/ccn.2023.16744.
摘要: 核电是指利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式,具有高能效、污染小、环境友好、单机容量大、发电量稳定等优势。文章主要以核电站燃料运输通道闸阀的设计研究为重点进行阐述,首先对性能的总体结构特点进行分析,其次从阀体、阀盖结构;阀体、闸板导向性结构;水下位置指示、限位开关;远距离操作机构;失效断裂点设计等几个方面深入说明并探讨,最后通过计算与实验两个环节奠定核电站燃料运输通道闸阀设计的有效性,旨在为相关研究提供参考资料。
关键词: 核电站;燃料运输通道;闸阀设计
DOI:10.12721/ccn.2023.16744
基金资助:

引言:对于燃料运输通道闸阀而言,对燃料运输提供支持,运输过程需要使用的核(2)3级、抗震一类阀门,一种远距离操作机构。燃料运输通道闸阀,有效对核电厂安全壳、乏燃料池进行阻隔,实施换料的时候,将这一闸门开启,作为燃料和运输小车的一种通道方式。因此,有必要加强对运输通道闸门自身性能阐述、产品结构设计,全面分析关键零部件应力、阀门模态变形,保证核电站燃料运输通闸阀设计的完善性。

一、总体结构特点

燃料运输通道阀门,需要遵循核电站系统、ASME所提出标准要求,设计过程中多多方面因素进行考虑,如,工程情况、地震、维修性、密封性等,保证闸阀在60年期限中稳定使用状态,即使在与遇到事故发生的时候,也要保持压力边界比较完整和稳定[1]

燃料运输闸阀包含多个部分,阀门部分、远距离操作机构部分、还包含附件部分。燃料运输通道闸阀中,涉及到的主要包含如下部件:阀体、阀盖、闸板、阀杆、远距离操作机构、阀门开关位置指示、输出信号,在远距离操作机构阀杆支持下,可以带动闸板实施上升直线运动、下降直线运动,构建开关阀门的效果,有效保证核电厂和乏燃料池之间的隔离效果,为燃料运输小车安全通过提供支持。

设计总体结构的时候,保证燃料运输通道闸阀整机完善性,通过刚性远传、暗杆弹性楔式闸阀、支架和手装组成,在连接的地方采用键实施连接。燃料运输通道闸阀,受到安装空间的限制,最终设计类椭圆阀体、暗示阀杆结构这种方式[2]。对原本椭圆阀体进行分析,容易发生变性,就会导致阀座出现泄漏,通过设计优化促使产处于阀体、阀盖中腔、外壁等地方,都设置一定的横向加强筋、纵向加强筋,保证加强筋位置的合理性,数量的科学性,盖强度具备一定刚度,有效方式密封地方发生变形。

设计远距离操作机构的时候,运用刚性轴完善设计,在不同刚性轴之间运用万向节进行衔接,其中设置水下提供便捷性的轴向、径向不锈钢轴承,有效减低二者的摩擦,一方面保证强度,另一方面抗震性、灵活性,确保远传机构呈现的传动效率大于等于85%。燃料运输通道闸阀,在水面上方中设置闸阀的增速部分,有效解决增速机构泡在水中这一问题,降低零件腐蚀性,解决密封实效问题。通过水上操作,对后续维修工作提供便捷性,有效降低阀门扭矩、转圈数,为工作人员操作提供支持[3]

二、产品结构分析

(一)阀体、阀盖结构

这两部分的零件,主要是运用薄壁大件铸件,确保阀体、阀盖有一定的加强筋,致力于增强阀门整体具备的刚性。

(二)阀体、闸板导向性结构

设计阀体、闸板的时候,确定导向面,有利于闸阀实施操作过程中,降低对密封面产生的磨损程度,确保阀板处于不同位置的时候,闸板和阀杆处于同轴。设计阀板、闸板密封面的时候,需要将磨损考虑在内,保证受到磨损后保持正常密封。设计闸板密封面时,保存一定下沉量,发现闸板密封面出现磨损情况,将位置下移设置关闭,保证阀体、闸板密封面处于吻合状态,有利于阀门使用期限的延长[4]

(三)水下位置指示、限位开关

对阀门进行设计,保证具备机械式阀门动作指示这一部分,详细对分操作运动情况进行显示,动作指示装置可以在水下的13m处于透明状态,前提条件是保证采光良好这一条件。阀门设计有限位开关,输出阀门全开、全关位置知识,利用内部传动轴、操作首轮之间的连接,外套螺母指示杆,将阀门处于的重点位置进行指出。

(四)远距离操作机构

对远距离操作机构分析,涉及到的装置不仅要操作手轮、传动座、万向联轴器,还包含伸缩套、细长杆件、支撑座、齿轮传动装置[5]。在调心球轴承、万向联轴器的支持下,有效提升整机调心找正功能,对土建、加工过程中存在的不足进行完善。远距离操作机构结构设计的合理性,传动更加平稳灵活,取得的传动效率更高。

(五)失效断裂点设计

将失效断裂点设计在固定位置,是操作手轮、传动座结合、连接的地方,有效避免阀门因为传动系统出现故障,导致扭矩较大,操作扭矩就会顺时增大,对杆系造成严重损坏。运用的的操作原理,操作手轮、传动座轴在安全销的支持下进行连接,传递扭矩,系统出现卡死情况的时候,传递扭矩会不断增加,指导安全销发生断裂,造成操作手轮、传动系统出现脱节,进一步对整个阀门远传机构起到安全保护作用。因此,排出故障中之后,换成安全销,可以将整个传动系统进行重新启动[6]

三、计算

(一)应力计算

遵循相关要求,充分运用有限元软件,进一步对闸阀中包含的阀体、阀盖、阀杆等关键部件实施盈利计算,有效保证阀门在相对条件中,具备一定的安全性、可靠性,最终得出有效计算结果。

(二)抗震计算

利用ANSYS这一分析软件,增强对燃料运输通道闸阀一段设置固定约束,对于远传机构支架位置受到固定约束条件的时候,针对有限元模型动力学实施开展分析工作,清楚得出频率、模态分析结构。

四、实验

对于实验的项目来说,主要对燃料运输通道闸阀制造后的零件进行测验,遵循ASMEQME-1、技术规定书中提出的要求内容,开展设计验证、鉴定试验,保证闸阀设计的完善性。主要的实验项目如下:壳体强度试验、闸板强度试验、阀座密封实验、动作性能实验、寿命试验、抗震试验、热烤化实验、辐射老化实验等。

得出的实验结果如下:通过600次阀门、远距离操作机构联动寿命试验,阀门表面、密封地方没有出现任何泄漏情况,或者是渗液情况。通过实验得出,阀门动作更加平稳可靠;尤其在抗震试验之前、之后,进一步确定阀门结构十分完整,具备的密封性能也满足技术规定中对密封性的要求。以上实验项目获取的结果都符合有关规定。
结束语 
  综上所述,设计燃料运输通道闸阀的时候,需要将实际使用情况考虑到,设计结构、计算分析、实验验证过程中,通过不同项试验完成后,确保阀门在运行过程中更加平稳可靠,有一定的密封性、抗震性,压力边界完整性也满足相关技术规格书内容。整个试验过程没有出现任何泄漏现象,对于阀门整体压力边界更是十分完整,每一项性能指标都满足技术规格书,并且在示范工程实践中也取得不错的应用效果。
【参考文献】

[1]薛冬. 核电站用楔式缩径闸阀的优化设计[J]. 阀门,2019,(01):7-9.

[2]刘平,苏丽华,薛卫光,高志岗. 核电站安全壳隔离用地坑阀优化设计[J]. 阀门,2018,(04):1-4.

[3]陈洪涛,单健,王凯. 核电站用阀门远传执行机构设计研究[J]. 产业与科技论坛,2017,16(22):65-66.

[4]李自强,苗安立,张佳卿. RCC-M规范在核电阀门设计、检验过程中的应用[J]. 装备制造技术,2016,(10):205-207.

[5]卓家桂. ADS自动降压系统阀门设计研究[D].兰州理工大学,2017.

[6]沈锦花,高志岗,刘平,李军业,沈海平,周强强,汤晓刚. 核级大口径超长远距离闸阀研究[J]. 阀门,2022,(02):133-138.