CN107044557B - 适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，具体是涉及到高温、高压超大口径快速关闭（2～5s内快速关闭）主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，属于机械领域。其包括在阀门支架上设置的液压模块、电气模块、油箱和电器件，气液联动驱动装置与阀门支架一体化设置。本发明的气液联动驱动装置与阀门支架进行一体化整体设计，并且采用整体模块化设计，结构紧凑，体积小，重量轻。

Description

适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置
技术领域
本发明是一种适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，具体是涉及到高温、高压超大口径快速关闭（2～5s内快速关闭）主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，适用于核辅助厂房内蒸汽发生器系统(SGS)主蒸汽管线的主蒸汽隔离阀上，属于机械领域。
背景技术
主蒸汽隔离阀是压水堆核电站关键设备之一，承担着重要的安全功能，当发生管道破裂事故时，需要5s内快速切断主蒸汽管路，从而保证反应堆和系统的安全。主蒸汽隔离阀气液联动驱动装置为给核级大口径、快速关闭主蒸汽隔离阀配套的驱动装置。
发明内容
本发明主要解决大推力(400tf)、长行程(900mm)，5秒内快速关闭驱动装置的整体方案设计；快速关闭后对装置、仪器仪表等冲击问题；快速关闭驱动抗震、噪音、老化、抗辐照、电磁兼容、安全可靠性等技术课题。保证气液联动驱动装置整机产品的设计满足正常，异常，事故工况＜5s快速关闭能力，以及在湿热、辐照、地震和失电等严重事故工况环境下的可靠运行。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案是一种适用于高温、高压超大口径快速关闭（2～5s内快速关闭）主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置,其包括在阀门支架上设置的液压模块、电气模块、油箱和电器件，气液联动驱动装置与阀门支架进行一体化设置。
所述液压模块包括A通道液压模块和B通道液压模块，两者对称设置在阀门支架上部平台的两边；所述电气模块包括A通道电气模块和B通道电气模块，两者对称设置在阀门支架上部的中间位置；所述电器件围绕液压模块及电气模块设置。
所述阀门支架的侧面设置若干外部蓄能罐，阀门活塞缸上腔直接联通一个球型结构的内部储能空间，所述外部蓄能罐与活塞上腔球型结构的内部储能空间联通，内部储能空间、活塞缸上腔及外部蓄能罐充有氮气。
活塞上设置缓冲结构，所述缓冲结构包括贯穿活塞的第一通道、贯穿活塞轴的第二通道和贯穿活塞轴和外部的第三通道，通过控制各个通道的流通截面积起到对活塞关闭到位的缓冲作用，即所述第一通道、活塞与活塞杆之间的缝隙、第二通道及第三通道形成一个气体通道，当阀门关闭时，即蓄能氮气压力直接作用在活塞上，由于各个通道截面积的变化不同，活塞与活塞杆之间的缝隙存在带压气体，使得带压气体顶住活塞杆向下移动，移动过程中所述缝隙一直存在，直至活塞杆运行到最下端，活塞逐渐与活塞杆接触，将带压气体排到外部，起到缓冲的目的。
本发明的有益效果：气液联动驱动装置与阀门支架进行一体化整体设计，并且采用整体模块化设计，结构紧凑，体积小，重量轻。
本发明的主要特点如下：
（1）大推力(400tf)、长行程(900mm)，5秒内快速关闭。
（2）气液联动驱动装置与阀门支架进行一体化整体设计，并且采用整体模块化设计，结构紧凑，体积小，重量轻。
（3）采用活塞与储能一体式结构（球型结构）和外加蓄能罐相结合的方式降低了整体重量、重心，提高了阀门的抗震性能。
（4）采用完全独立双通道液压及控制系统，即满足单一故障准则的要求，又同时具有冗余设计，保证功能安全可靠性。
（5）液压模块集成化、模块化、小型化设计，减少了各液压件之间的管路连接，降低了泄漏风险，提高了液压部分的密封可靠性；并且将液压系统部分的体积、重量和结构减小，从而降低对整机重量、重心的影响。
（6）采用数字化检测技术实现对气液联动驱动装置的无间断监控，保证了对阀门的安全可靠性控制。
（7）缓冲结构设计，减少了快速关闭时对阀门的冲击力，提高了驱动装置的使用性能和可靠性。
（8）满足核电站使用，事故工况下温度、辐照和地震环境下可靠运行。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明储能、蓄能结构示意图；
图3为双通道液压控制系统结构示意图；
图4为本发明活塞缓冲结构示意图；
图5为双通道液压控制系统原理示意图；
图6为本发明控制逻辑图；
图7为本发明控制面板示意图；
图8为本发明的接线端子示意图；
图中：1、液压模块，2、电气模块，3、外部蓄能罐，4、电器件，5、阀门支架，6、油箱，7、内部储能空间，8、活塞缸上腔，9、A通道液压模块，10、B通道液压模块，11、A通道电气模块，12、B通道电气模块，13、第一通道，14、第二通道，15、第三通道，16、A通道，17、B通道，18、球型结构，MA、电机A,SA11、快关电磁阀11，SA12、快关电磁阀12，SA、慢关电磁阀A，BT、温度开关，BQ、液位开关，BPL、液压变送器，BPG、气压变送器，SB,慢关电磁阀B,SB22、快关电磁阀22，SB21、快关电磁阀21，MB、电机B。
具体实施方式
本发明提供的技术方案是一种适用于高温、高压超大口径快速关闭（2～5s内快速关闭）CAP1400主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置,下面结合附图对本发明进行详细说明。
适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，其是在阀门支架5上设置液压模块1、电气模块2、油箱6和电器件4，气液联动驱动装置与阀门支架5进行一体化设置。
所述液压模块1包括A通道液压模块9和B通道液压模块10，两者对称设置在阀门支架5上部平台的两边；所述电气模块2包括A通道电气模块11和B通道电气模块12，两者对称设置在阀门支架5上部的中间位置；所述电器件5围绕液压模块1及电气模块2设置。
所述阀门支架5的侧面设置若干外部蓄能罐3，阀门活塞缸上腔8直接联通一个球型结构18内部的储能空间7，所述外部蓄能罐3与活塞上腔球型结构18的内部储能空间7联通，内部储能空间7、活塞缸上腔8及外部蓄能罐3充有氮气。
活塞上设置缓冲结构，所述缓冲结构包括贯穿活塞的第一通道13、贯穿活塞轴的第二通道14和贯穿活塞轴和外部的第三通道15，通过控制通道的流通截面积起到对活塞关闭到位的缓冲作用。
对上述的结构进行进一步说明：
1、驱动装置设计与阀门支架5一体化设计，分别将罐体部分、液压模块1、电气模块2、油箱6部分进行模块化设计并分别固定到支架上，减少体积、减轻重量、降低重心，提高整机自振频率。如图1所示。
2、活塞缸与储能一体式结构（球型结构）和外加外部蓄能罐3相结合的方式，球型结构18内部的内部储能空间7与活塞缸上腔8直接连接，活塞上腔8直接预充氮气起到永不失效的恢复弹簧的作用，使蓄能氮气压力直接作用在活塞上，实现快速动作及稳定轴向力输出，外部蓄能罐3实现对氮气容量的冗余和补偿，同时降低了整体重量、重心，提高了阀门的抗震性能，如图2所示。
3、气液联动驱动装置采用A、B完全独立双通道液压控制系统，满足单一故障准则的要求，同时具有冗余设计，保证功能安全可靠性，如图3所示。
4、活塞部分设有缓冲结构，减少了快速关闭时对阀门的冲击力，提高了驱动装置的使用性能和可靠性，如图4所示。
5、液压原理设计；液压控制系统设计采用独立双通道液压控制系统，分别设有A,B通道液压控制系统，保证其在执行安全功能时满足单一故障准则的要求；串联双电磁阀冗余设计方式，保证安全功能的可靠性；独立的双系统结构实现整机在线检修；数字式模拟信号输出功能，实现全过程在线无间断监测和智能化控制，如图5所示。
6、液压模块设计；通过集成化设计对液压控制进行模块化、小型化设计，将液压件合理的布置在一个集成块上，减少了各液压件之间的管路连接，降低了泄漏风险，提高了液压部分的密封可靠性；并且将液压系统部分的体积、重量和结构减小，从而降低对整机重量、重心的影响。
7、控制逻辑；从安全可靠性及独立性方面进行控制逻辑设计，通过分别控制电机及电磁阀的得电和失电实现对驱动装置A通道、B通道、A+B通道的慢开、慢关、快速关闭以及部分关闭和开启功能的控制。保证气液联动装置在正常、异常、事故工况下＜5s快速关闭功能的控制，如图6所示。
8、电气控制设计；通过数字化检测的方式对驱动装置温度、压力、液位等进行检测和控制；控制功能采用A通道、B通道、A+B通道分别控制，保证驱动装置的安全可靠性，如图7所示。
9、根据1E级设备和电路独立性原则，分别对电机A、电机B、A通道、B通道进行独立设置，并保证完全的物理隔离；1E级设备、控制线缆和接插件符合1E级鉴定标准要求。满足核电站使用，事故工况下温度、辐照和地震环境下可靠运行，如图8所示。

Claims (8)

1.适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，其特征在于：包括在阀门支架上设置的液压模块、电气模块、油箱和电器件，气液联动驱动装置与阀门支架一体化设置；所述液压模块、电气模块、油箱和电器件均固定在所述阀门支架的上部，所述阀门支架的侧面设置若干外部蓄能罐，所述外部蓄能罐低于所述油箱设置，阀门活塞缸上腔直接联通一个球型结构内部的储能空间，所述外部蓄能罐与活塞上腔球型结构的内部储能空间联通，内部储能空间、活塞缸上腔及外部蓄能罐充有氮气；所述驱动装置还包括活塞，活塞上设置缓冲结构，所述缓冲结构包括贯穿活塞的第一通道、贯穿活塞轴的第二通道和贯穿活塞轴和外部的第三通道，通过控制三个通道的流通截面积起到对活塞关闭到位的缓冲作用；当阀门关闭时,蓄能氮气压力直接作用在活塞上,由于各个通道截面积的变化不同,活塞与活塞杆之间的缝隙存在带压气体,使得带压气体顶住活塞杆向下移动,移动过程中所述缝隙一直存在,直至活塞杆运行到最下端,活塞逐渐与活塞杆接触,将带压气体排到外部,以在活塞与活塞杆之间缓冲。
2.根据权利要求1所述的适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，其特征在于：所述液压模块包括A通道液压模块和B通道液压模块，两者对称设置在阀门支架上部平台的两边；所述电气模块包括A通道电气模块和B通道电气模块，两者对称设置在阀门支架上部的中间位置。
3.根据权利要求2所述的适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，其特征在于：所述电器件围绕液压模块及电气模块设置。
4.根据权利要求3所述的适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，其特征在于：所述驱动装置采用独立双通道液压控制系统，其包括A通道和B通道。
5.根据权利要求4所述的适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，其特征在于：所述独立双通道液压控制系统采用串联双电磁阀冗余设计。
6.根据权利要求4所述的适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，其特征在于：通过数字化检测的方式对所述驱动装置温度、压力、液位进行无间断检测和控制；控制功能采用A通道、B通道和A+B通道分别控制。
7.根据权利要求4所述的适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，其特征在于：分别对所述驱动装置中各个电机、A通道和B通道进行电路的独立设置，并保证完全的物理隔离。
8.根据权利要求1所述的适用于主蒸汽隔离阀的气液联动驱动装置，其特征在于：所述液压模块采用集成化、模块化、小型化的设计。
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