CN103759021A - 一种核电站堆顶排气用电磁动截止阀 - Google Patents

Abstract

一种核电站堆顶排气用电磁动截止阀，包括主阀体组件、辅阀体组件、阀盖、电磁驱动机构和电气接插件。主阀体组件，包括阀体、阀筒和阀套组件。阀套组件包括阀套、非磁管和隔热套，非磁管下端与阀套上端口螺纹连接，隔热套固定设置在阀套内。阀套与阀体上端固定连接。套筒设置在阀体内。辅阀体组件，由阀头、阀杆和活塞装配成，阀套与阀体之间设置导向体。阀套外壁上有多个散热片。隔热套外壁上开设有多个迷宫槽。电磁驱动机构，包括动铁芯、线圈组件、线圈外壳体、静铁芯。该电磁阀必须能够承受高温高压的管路介质条件及高温、高热、高辐射的环境条件，并且体积小、重量轻。

Description

一种核电站堆顶排气用电磁动截止阀

技术领域

本发明涉及一种阀门，具体是一种核电站堆顶排气用电磁动截止阀。

    背景技术

大型先进压水堆核电站（CAP1400）是国家中长期科技发展规划纲要中确定的16个重大科技专项之一，电磁动截止阀（包括核1、2、3级）在该堆型核电站中担任着十分重要的角色，主要用于主系统、堆芯冷却系统、取样系统和应急可居留系统，这些系统的管路中一般为高温高压介质，电磁动截止阀的工作环境也比较特殊，尤其在事故工况条件下，一般为高湿、高热、高辐射，同时还伴随着一定的环境压力。

过去由于国内对核电站用高温高压电磁动截止阀的研究基础比较薄弱，无论是在产品结构方面，还是在材料的选择与应用方面，均无法保证产品在上述高温高压的系统条件及高湿、高热、高辐射的环境条件下长期连续使用，特别是高温高压条件下阀门内部件之间的间隙配合以及连续操作条件下的密封性能，所以核电站用核级电磁动截止阀这一领域一直由国外垄断。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够满足大型先进压水堆核电站（CAP1400）所需要的核1级电磁动截止阀，该电磁阀必须能够承受高温高压的管路介质条件及高湿、高热、高辐射的环境条件，并且体积小、重量轻，适应系统模块设计的需要。

采用的技术方案是：

一种核电站堆顶排气用电磁动截止阀，包括主阀体组件、辅阀体组件、阀盖、电磁驱动机构和电气接插件，其特征在于：

主阀体组件，包括阀体、套筒和阀套组件。阀套组件包括阀套、非磁管和隔热套，非磁管下端与阀套上端口螺纹连接后，再用氩弧焊焊固。隔热套固定设置在阀套内。

阀套坐设在阀体的上端，通过螺母和承压螺栓连接成整体。套筒设置在阀体的阀腔内。

辅阀体组件，由阀头、阀杆和活塞装配成，阀杆和阀头设置在套筒内。在阀套和阀体之间设置有导向体，导向体内装设有弹簧，阀杆穿过导向体内设置的弹簧和隔热套与动铁芯连接。

电磁驱动机构，包括动铁芯、线圈组件、线圈外壳体、静铁芯，线圈组件装设在线圈外壳体的线圈室内，线圈外壳体套装在非磁管上，线圈外壳体下端与阀套上端外壁螺纹连接。动铁芯设置在非磁管内，静磁铁设置在非磁管内，位于动铁芯上方。阀盖设置在线圈外壳体的上方，且与线圈外壳体固定连接。信号装置设置在阀盖内，电气接插件与阀盖侧壁上的插接口螺纹连接。信号装置为已知技术。

上述隔热套外壁上开设有多个迷宫槽，阀套外壁上有多个散热片。

上述阀体与阀套连接处之间设置中口密封垫，为不锈钢石墨绕垫。套筒下端与阀体接触处设有密封垫。

电磁阀主要技术参数

1）操作方式：电磁分步直动式驱动；

2）阀门安全等级：核1级；

3）电磁驱动装置安全等级：1E/K1；

4）抗震要求：1A；

5）设计压力：17.2MPa；

6）设计温度：350℃；

7）工作压力：17.2MPa；

8）工作温度：321℃；

9）工作介质：蒸汽、反应堆冷却剂等水；

10）绝缘等级：H级；

11）连接方式：对接焊；

12）开启时间：≤2S；

13）地震加速度：3个方向≤6.0g；

14）线圈电源：DC220V；

15）工作制：长期；

16）信号装置：有（无源触点信号）；

17）承压部件设计使用寿命：60年；

18）防护等级：IP68；

电磁阀动截止工作原理

电磁阀采用分步直动式电磁驱动结构（也称强制先导式），利用辅阀和主阀两级动作完成电磁阀的开关动作。在断电状态下，辅阀在弹簧力、重力和介质压力的共同作用下关闭，主阀在弹簧力、重力以及介质压力作用下关闭，使整个电磁阀处于关闭状态。

当线圈组件通电时，产生电磁力，屏蔽套组件内的辅阀、动铁心在电磁力的驱动下 带动阀杆、辅阀压缩弹簧向上运动并与静铁芯闭合，活塞上腔的高压介质瞬间从打开的辅阀先导口排出，活塞因此受到了介质强大的反作用力，此时，活塞在反作用力、电磁拉力和介质压差的共同作用下，向上运动打开阀门，工作介质由进口端流入出口端。

同时，由于动铁心在电磁力的作用下与屏蔽套组件的静铁心闭合，动铁心上方的信号支杆向上运动，其上端的永久磁铁的磁性穿过屏蔽套管作用于开阀信号接收装置的干簧管上，将开阀信号反馈给控制台。

当线圈组件断电时，线圈电磁力消失，屏蔽套内的动铁心在弹簧力和自重的作用下与静铁心分离，挂接在辅阀动铁心上的阀杆与辅阀也随动铁心向下运动，而辅阀关闭辅阀口，此时，活塞上腔的介质压力瞬间恢复系统压力，在介质压差、弹簧力和自重等力的作用下，活塞被紧紧的压在阀座上，切断管路中工作介质，实现了电磁阀的关闭功能。同时，在断电的状态下，动铁心带动信号支杆向下运动，其上端的永久磁铁的磁性穿过屏蔽套管作用于关阀信号接收装置的干簧管上，开阀磁信号接收装置中干簧管磁性触点脱开，关阀磁信号接收装置中干簧管的两个磁性触点吸合，将电磁阀关阀信号反馈给控制台。电磁阀一开、一关完成了一次工作过程。

材料选择

电磁阀的阀体采用整体锻造不锈钢机加工而成，承受压力高，耐腐蚀性强、外形美观实用、易清洁。阀体设计最小壁厚满足ASME B16.34的要求，并预留足够的腐蚀余量，保证了阀体的60年寿命的需要。

电磁阀内部金属件全部采用不锈钢制成，其中：主阀内活塞、阀头、阀杆采用奥氏体不锈钢加工。活塞密封面、阀头密封面堆焊司太立硬质合金，可大大提高密封部件的使用寿命。外壳、动铁芯和静铁芯采用精密软磁不锈钢加工，可提高产品的耐腐蚀性和导磁性能。其余金属件，包括紧固件、弹簧、铭牌等，全部采用不锈钢加工，阀门的整体耐腐蚀性将显著提高，可满足电磁阀长寿命的需要。线圈组件选择QY-2圆铜漆包线；隔热垫耐温和耐辐照性能很好的硅橡胶。

主要工艺

1）电磁阀中口采用不锈钢石墨缠绕垫片密封，并采用熔合焊接的密封焊技术处理，杜绝了电磁阀出现泄漏的现象；

2）阀杆表面采用冷滚压工艺，可大幅提升阀杆的使用寿命；

3）阀套组件采用无磁不锈钢与精密软磁不锈钢自熔焊接结构形式，可满足强度和耐冲击的要求。

4）电磁阀所有滑动部位表面设计粗糙度达到0.8um以上，其它部位达到1.6um以上，所有零部件外表面粗糙度达到1.6um以上；未注尺寸公差达到GB/T1804-f级以上；所有未注形位公差达到GB/T1184-K级以上。良好的配合间隙将有助于滑动部件使用寿命的增长。

5）主阀采用套筒式结构，套筒的加入使阀座与阀体分离，在提高密封性的同时，又可解决因长期动作使阀座磨蚀损伤无法修复，需要更换阀体的致命缺陷，可一劳永逸的保护系统管路的完整性和安全性，确保产品60年寿命的实现。

6）电磁阀设计循环寿命大于30000次，通过采用高品质的金属材料，刚性具补偿功能的动密封副，易损伤部位的硬质合金堆焊，高强度、耐老化的密封材料，成熟先进的特殊工艺，可确保电磁阀满足招标文件技术要求的循环寿命大于30000次的指标。

7）本电磁阀线圈采用H级聚酰亚胺高强度漆包线QY-2经高精度全自动绕线机绕制，整体采用公司独有的真空和加压浸渍1160绝缘漆及真空烘干特殊工艺技术处理，确保了线圈内部的气隙被绝缘漆所填充。引线与漆包线采用电熔焊工艺，焊接部位采用多层聚酰亚胺薄膜和热缩套管封闭技术，可有效降低线圈温升，提高线圈的绝缘性和耐久性。

8）采用密封部位在刚性的基础上具有一定的补偿性的活塞，这样即使在阀座受热不均的情况下引起微量变形，与之配合的活塞密封面就会随之变形，从而保证其密封性能，采用密封面堆焊司太立硬质合金并增加其厚度，使活塞密封面硬度比阀座密封面硬度保持5度的硬度差，加工中保证活塞密封和阀座密封面粗糙度达0.2以上。采用这种结构和技术方案可以大大提高阀座与活塞的密封性能及使用寿命；

本发明的主要优点

1电磁阀内部连接部件之间采用机械挂接和铰链结构，连接部件之间不会因外力而出现连接脱离的现象。阀门中口部位采用法兰连接方式，可便于阀门的拆卸和维修。阀座与导向采用整体式结构，套筒的加入使阀座与阀体分离，在提高密封性的同时，即可实现维修时的快速更换，又可解决因长期动作使阀座磨蚀损伤无法修复，需要更换阀体的缺陷，可一劳永逸的保护系统管路的完整性和安全性。

2电磁阀采用套筒式结构，便于活塞落座和对中。密封部位采用堆焊硬质合金工艺，可提高阀门的耐冲击和耐磨蚀性能。阀座和活塞密封部位采用具补偿功能的结构，可以消除介质温度对不规则形状热变形的影响。通过采取上述措施，可以有效解决电磁阀因介质温度高而导致阀座泄漏量增大的问题。

3电磁阀的响应时间小于2秒，远小于其它类阀门的响应时间，因此它特别适用于有快速切断管路介质要求的系统中。

4电磁阀的所有运动零部件均屏敝在承压壳内，如何将电磁阀运动时阀芯的位置真实反馈出来是一个十分重要的技术。本阀门采用多点位磁场间接传输信号技术，将承压壳内阀位状态准确地传送到承压壳外，并将该信号准确地传输到控制台。本公司多年的使用经验已证明其先进性和可靠性。

5 采用了套筒与阀体分离式密封结构技术和组合式阀芯技术，提高了电磁阀的可维修性，可实现对阀座快速维修和更换，同时提高了电磁阀的密封性能。

6 采用了高压差和低压差状态的低泄漏、长寿命刚性带补偿性的阀座密封副技术，可保证电磁阀在高温高压条件下实现零泄漏。

7 采用了高绝缘等级、高防护性并耐辐射的电磁动装置技术和内屏外散的隔热散热技术，可保证在高温高压条件下长期正常使用并且能够适应高湿、高热、高辐射的环境条件。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

一种核电站堆顶排气用电磁动截止阀，包括主阀体组件、辅阀体组件、阀盖24、电磁驱动机构和电气接插件17，其特征在于：

主阀体组件，包括阀体1、套筒3和阀套组件12。阀套组件包括阀套18、非磁管19和隔热套13，非磁 管19下端与阀套18上端口螺纹连接后，再用氩弧焊焊固。隔热套13固定设置在阀套18内。阀套18坐设在阀体1的上端，通过螺母10和承压螺栓11连接成一整体。套筒3设置在阀体1的阀腔20内。

辅阀体组件，由阀头5、阀杆6和活塞4装配成，阀杆6和阀头5设置在套筒3内。在阀套18和阀体1之间设置有导向体8，导向体8内装设有弹簧7，阀杆6穿过导向体8内置的弹簧7和隔热套13与动铁芯14连接。

电磁驱动机构，包括动铁芯14、线圈组件15、线圈外壳体21、静铁芯22，线圈组件15装设在线圈外壳体21的线圈室23内，线圈外壳体21套装在非磁管19上，线圈外壳体21下端与阀套18上端外壁螺纹连接。动铁芯14设置在非磁管19内，静铁芯22设置在非磁管19内，位于动铁芯14上方。阀盖24设置在线圈外壳体21的上方，且与线圈外壳体21固定连接。信号装置16设置在阀盖24内，电气接插件17与阀盖24侧壁上的插接口25螺纹连接。

上述隔热套13外壁上开设有多个迷宫槽26，阀套18外壁上有多个散热片27。

上述阀体1与阀套18连接处之间设置中口密封垫9，为不锈钢石墨绕垫。套筒3下端与阀体1接触处设有密封垫2。

Claims (3)

1.一种核电站堆顶排气用电磁动截止阀，包括主阀体组件、辅阀体组件、阀盖（24）、电磁驱动机构和电气接插件（17），其特征在于：

主阀体组件，包括阀体（1）、套筒（3）和阀套组件（12）；阀套组件包括阀套（18）、非磁管（19）和隔热套（13），非磁管（19）下端与阀套（18）上端口螺纹连接后，再用氩弧焊焊固；隔热套（13）固定设置在阀套（18）内；

阀套（18）坐设在阀体（1）的上端，通过螺母（10）和承压螺栓（11）连接成一整体；套筒（3）设置在阀体（1）的阀腔（20）内；

辅阀体组件，由阀头（5）、阀杆（6）和活塞（4）装配成，阀杆（6）和阀头（5）设置在套筒（3）内；在阀套（18）和阀体（1）之间设置有导向体（8），导向体（8）内装设有弹簧（7），阀杆（6）穿过导向体（8）内设置的弹簧（7）和隔热套（13）与动铁芯（14）连接；

电磁驱动机构，包括动铁芯（14）、线圈组件（15）、线圈外壳体（21）、静铁芯（22），线圈组件（15）装设在线圈外壳体（21）的线圈室（23）内，线圈外壳体（21）套装在非磁管（19）上，线圈外壳体（21）下端与阀套（18）上端外壁螺纹连接；动铁芯（14）设置在非磁管（19）内，静铁芯（22）设置在非磁管（19）内，位于动铁芯（14）上方；阀盖（24）设置在线圈外壳体（21）的上方，且与线圈外壳体（21）固定连接；信号装置（16）设置在阀盖（24）内，电气接插件（17）与阀盖（24）侧壁上的插接口（25）螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种核电站堆顶排气用电磁动截止阀，其特征在于：上述隔热套（13）外壁上开设有多个迷宫槽（26），阀套（18）外壁上有多个散热片（27）。

3.根据权利要求1或2所述的一种核电站堆顶排气用电磁动截止阀，其特征在于：上述阀体（1）与阀套（18）连接处之间设置中口密封垫（9）；套筒（3）下端与阀体（1）接触处设有密封垫（2）。

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