CN107906218A - 一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀 - Google Patents

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洪均
吴起
王沁宇
许洪川
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Abstract

本发明属于核电站设备技术领域，具体涉及一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀。该球阀包括阀体，底塞轴，阀芯，阀座，内六角螺钉，阀杆，填料，手动球阀，保位阀，气动执行机构，定位器，过滤减压阀，连接套，支架，填料压盖。通过此调节球阀的设计和使用，可使凝结水精处理系统出口介质调节平稳，能有效避免凝结水精处理系统出口介质调节失稳、流量大幅波动、管道晃动和介质泄漏等问题。

Description

一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀
技术领域
本发明属于核电站设备技术领域，具体涉及一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀。
背景技术
在目前的核电站机组中，凝结水精处理系统出口母管调节阀统称采用的是 20″Class300的气动蝶阀。该阀在实际的使用过程中调节性能不佳，阀门开度长期在12％～19％之间波动，波动频率为10min/次，导致系统流量在 1000～2000m3/h之间波动、气源管线振断、管网晃动、阀门进出口法兰漏水，存在以下潜在后果：①水位继续下降，可能导致凝汽器水位低低低报警(61mm)，进而造成凝结水泵全部跳闸，机组非计划停机停堆；②系统长时间退出运行可能导致二回路水质恶化，影响机组WANO化学指标，也存在机组状态后撤风险；③凝结水大量喷溅至周围的凝结水精处理系统升压泵、再循环泵及部分电气设备上，给设备运行带来安全隐患。
分析认为该蝶阀采用单偏心蝶板结构，受该结构的影响，当处于小开度时，蝶板密封面与阀座密封面距离较近，此时介质的流速、压力急剧变化，阀门的不平衡力矩较大，稳定性差，易产生跳开、跳关现象。当采用气动执行机构时，该力会反作用于执行机构，引起气室内压力波动；当采用电动执行机构时，由于输出力矩比较稳定，波动相对较小，但小开度运行对阀板、密封圈冲刷严重，影响使用寿命。
为提高该阀的可靠性，避免设备甚至系统失效，有必要对凝结水精处理系统出口母管调节阀进行选型优化设计。
因此，研发、设计一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，以解决上述技术提问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，从而改善核电站凝结水精处理系统出口母管调节阀调节性能，避免由于凝结水精处理系统设备失效导致机组后撤甚至非计划停机停堆的问题。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，该球阀包括阀体，底塞轴，阀芯，阀座，内六角螺钉，阀杆，填料，手动球阀，保位阀，气动执行机构，定位器，过滤减压阀，连接套，支架，填料压盖；
阀体是阀门上容纳介质的零件，阀体上设置四个开口——进口、出口、用于安装底塞轴的下孔、用于安装上导套和填料的上孔；出口内侧用于安装阀座；上孔上部设置一个法兰，法兰凸台用于支架导向；上孔的法兰上均布多个螺纹通孔均布在设置直径的分度圆上；法兰靠近阀体进口一侧设置一个定位销孔；阀体进出口各设置一个凸面法兰；
底塞轴是装有密封圈的柱塞状结构，分五段圆盘整体加工而成，第五段圆盘上设置多个沉头螺孔均布在设定直径的分度圆上；底塞轴穿过阀体下孔后装入阀芯；
阀芯设置在阀体内，是装有轴套和导向套的V型半球体，阀芯上下部各有一个筒状圆台；
阀座是环状结构，靠近阀体出口侧设置多个的螺纹孔均布在设置直径的分度圆上；阀座设置在阀体内，将内六角螺钉穿过阀体拧入阀座固定连接；
阀杆是带挡圈的轴状结构，阀杆穿过阀体上孔后装入阀芯；
填料是环状结构；
手动球阀是通过手柄操作的阀门，启闭件为球体，由阀杆带动并阀杆轴线做旋转运动；
保位阀用于保证在失气或失电时阀门保持当前开度；
气动执行机构用于驱动阀门动作，采用压缩空气作为动力源，自带手轮装置，采用双活塞结构，安装在气动执行机构中气缸的两端，通过活塞杆连接；当活塞杆运动时通过拨叉使直线运动转化为推杆的旋转运动，从而带动阀门转动；气动执行机构设置在支架上，气动执行机构的输出轴套入连接套内；手动球阀、保位阀、定位器、过滤减压阀分别通过金属软管安装在气动执行机构上；
定位器安装于气动执行机构顶部，通过连接件使反馈杆与气动执行机构中的推杆相连；定位器与该球阀装置外部的气动调节阀配套使用，接受调节器的输出信号，然后以它的输出信号控制气动调节阀；
过滤减压阀用于对压缩空气进行过滤和减压，确保进入定位器的压缩空气和压力满足要求；
连接套是安装在阀杆上的圆筒形结构；
支架是工字筒形结构，上下各有一块圆盘，中间为半圆筒；支架套在阀体上孔上部设置的法兰凸台，与阀体连接处用销子定位后，再用紧固件紧固；
填料压盖是凸面法兰结构，多个开孔均布在设定直径的分度圆上。
进一步的，如上所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其中：该球阀选用软密封和硬密封两种阀座密封形式之一。
进一步的，如上所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其中：该球阀泄漏等级为VI级。
进一步的，如上所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其中：该球阀的可调比最高为100:1。
进一步的，如上所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其中：阀体的公称直径为DN400，压力等级PN50，高度为725mm，长度为480± 3mm；上孔上部设置一个Φ360×25mm的法兰，法兰最大承受16000N.m的扭矩；法兰凸台的直径为220mm、高度为5mm；上孔的法兰上均布14个M20的螺纹通孔，分度圆直径为298mm；法兰靠近阀体进口一侧135mm位置处设置一个定位销孔；阀体进口直径为440mm，出口直径为340mm，下孔直径为Φ110mm；上孔的上导套安装部位直径为120mm，填料安装部位直径为130mm。
进一步的，如上所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其中：底塞轴是柱塞状结构，长度为188mm，分五段整体加工而成，第一段是尺寸为Φ80×61mm的圆盘；第二段是尺寸为Φ110×83mm的圆盘；第三段用于安装O形密封圈，是尺寸为Φ104×4mm的圆盘；第四段是尺寸为Φ110×20mm的圆盘；第五段是尺寸为Φ175×20mm的圆盘，第五段圆盘上有8个M10的沉头螺孔均布在直径为134mm的分度圆上。
进一步的，如上所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其中：阀芯的半径为261mm，总高度为420mm，阀芯上部圆台高度为60mm，下部圆台高度为50mm，上部圆台和下部圆台的内孔直径均为100mm；
阀座的内径为340mm，外径为400mm，高度34mm，靠近阀体出口侧设置 24个Φ10×24mm的螺纹孔，均布在直径为365mm的分度圆上；
内六角螺钉采用标准GB/T 70.1-2000，尺寸为M10×40mm；
阀杆的总长度为396mm，分三段，上部是尺寸为75×75mm的四边方轴；中部是尺寸为Φ100×249mm的圆柱状结构，下部是尺寸为Φ100×62mm的圆柱状结构。
进一步的，如上所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其中：填料共5层，单层尺寸Φ130×Φ110×10mm，材质为柔性石墨。
进一步的，如上所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其中：连接套的高度为155mm，外径为155mm，内径为75mm；
支架的总高度为240mm，上下圆盘的直径为360mm，厚度均为25mm，中间半圆筒直径为220mm，高度为190mm；
填料压盖的外径为195mm、内径110mm、总高度为38mm、凸台高度为 20mm；其中，4个直径为18mm的开孔均布在直径为160mm的分度圆上。
本发明技术方案的有益效果在于：此发明偏心调节球阀，主要用于核电站凝结水精处理系统调节系统出口母管。该阀门根据凝结水精处理装置阻力损失的变化(最大阻力损失0.7MPa)，调节净凝结水系统的压力，使旁流式精处理系统能够精确运行。
通过此调节球阀的设计和使用，可使凝结水精处理系统出口介质调节平稳，能有效避免凝结水精处理系统出口介质调节失稳、流量大幅波动、管道晃动和介质泄漏等问题。
此调节球阀已成功应用于福清核电1、2号机组，适用于国内外M310二代改进型核电机组凝结水精处理系统，在核电行业内具有较大的推广意义。
附图说明
图1为本发明凝结水精处理系统出口母管调节球阀主视图；
图2为本发明凝结水精处理系统出口母管调节球阀侧视图；
图3为本发明凝结水精处理系统出口母管调节球阀开启(关闭)过程示意图，图中a)关闭位置，b)球体脱开阀座密封面，c)球体开始无摩擦旋转，d) 球体旋转到全开位置。
图中：1阀体，2底塞轴，3阀芯，4阀座，5内六角螺钉，6阀杆，7填料， 8手动球阀，9保位阀，10气动执行机构，11定位器，12过滤减压阀，13连接套，14支架，15填料压盖。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。
如图1、2所示，本发明一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，该球阀包括阀体，底塞轴，阀芯，阀座，内六角螺钉，阀杆，填料，手动球阀，保位阀，气动执行机构，定位器，过滤减压阀，连接套，支架，填料压盖；
阀体是阀门上容纳介质的零件，阀体上设置四个开口——进口、出口、用于安装底塞轴的下孔、用于安装上导套和填料的上孔；出口内侧用于安装阀座；上孔上部设置一个法兰，法兰凸台用于支架导向；上孔的法兰上均布多个螺纹通孔均布在设置直径的分度圆上；法兰靠近阀体进口一侧设置一个定位销孔；阀体进出口各设置一个凸面法兰；
底塞轴是装有密封圈的柱塞状结构，分五段圆盘整体加工而成，第五段圆盘上设置多个沉头螺孔均布在设定直径的分度圆上；底塞轴穿过阀体下孔后装入阀芯；
阀芯设置在阀体内，是装有轴套和导向套的V型半球体，阀芯上下部各有一个筒状圆台；
阀座是环状结构，靠近阀体出口侧设置多个的螺纹孔均布在设置直径的分度圆上；阀座设置在阀体内，将内六角螺钉穿过阀体拧入阀座固定连接；
阀杆是带挡圈的轴状结构，阀杆穿过阀体上孔后装入阀芯；
填料是环状结构；
手动球阀是通过手柄操作的阀门，启闭件为球体，由阀杆带动并阀杆轴线做旋转运动；
保位阀用于保证在失气或失电时阀门保持当前开度；
气动执行机构用于驱动阀门动作，采用压缩空气作为动力源，自带手轮装置，采用双活塞结构，安装在气动执行机构中气缸的两端，通过活塞杆连接；当活塞杆运动时通过拨叉使直线运动转化为推杆的旋转运动，从而带动阀门转动；气动执行机构设置在支架上，气动执行机构的输出轴套入连接套内；手动球阀、保位阀、定位器、过滤减压阀分别通过金属软管安装在气动执行机构上；
定位器安装于气动执行机构顶部，通过连接件使反馈杆与气动执行机构中的推杆相连；定位器与该球阀装置外部的气动调节阀配套使用，接受调节器的输出信号，然后以它的输出信号控制气动调节阀；
过滤减压阀用于对压缩空气进行过滤和减压，确保进入定位器的压缩空气和压力满足要求；
连接套是安装在阀杆上的圆筒形结构；
支架是工字筒形结构，上下各有一块圆盘，中间为半圆筒；支架套在阀体上孔上部设置的法兰凸台，与阀体连接处用销子定位后，再用紧固件紧固；
填料压盖是凸面法兰结构，多个开孔均布在设定直径的分度圆上。
具体的，该球阀选用软密封和硬密封两种阀座密封形式之一；该球阀泄漏等级为VI级；该球阀的可调比最高为100:1；阀体的公称直径为DN400，压力等级PN50，高度为725mm，长度为480±3mm；上孔上部设置一个Φ360×25mm 的法兰，法兰最大承受16000N.m的扭矩；法兰凸台的直径为220mm、高度为5mm；上孔的法兰上均布14个M20的螺纹通孔，分度圆直径为298mm；法兰靠近阀体进口一侧135mm位置处设置一个定位销孔；阀体进口直径为440mm，出口直径为 340mm，下孔直径为Φ110mm；上孔的上导套安装部位直径为120mm，填料安装部位直径为130mm；
底塞轴是柱塞状结构，长度为188mm，分五段整体加工而成，第一段是尺寸为Φ80×61mm的圆盘；第二段是尺寸为Φ110×83mm的圆盘；第三段用于安装O 形密封圈，是尺寸为Φ104×4mm的圆盘；第四段是尺寸为Φ110×20mm的圆盘；第五段是尺寸为Φ175×20mm的圆盘，第五段圆盘上有8个M10的沉头螺孔均布在直径为134mm的分度圆上；
阀芯的半径为261mm，总高度为420mm，阀芯上部圆台高度为60mm，下部圆台高度为50mm，上部圆台和下部圆台的内孔直径均为100mm；
阀座的内径为340mm，外径为400mm，高度34mm，靠近阀体出口侧设置 24个Φ10×24mm的螺纹孔，均布在直径为365mm的分度圆上；
内六角螺钉采用标准GB/T 70.1-2000，尺寸为M10×40mm；
阀杆的总长度为396mm，分三段，上部是尺寸为75×75mm的四边方轴；中部是尺寸为Φ100×249mm的圆柱状结构，下部是尺寸为Φ100×62mm的圆柱状结构；
填料共5层，单层尺寸Φ130×Φ110×10mm，材质为柔性石墨；
连接套的高度为155mm，外径为155mm，内径为75mm；
支架的总高度为240mm，上下圆盘的直径为360mm，厚度均为25mm，中间半圆筒直径为220mm，高度为190mm；
填料压盖的外径为195mm、内径110mm、总高度为38mm、凸台高度为 20mm；其中，4个直径为18mm的开孔均布在直径为160mm的分度圆上。
本发明装置的密封原理如下：开启过程中，在关闭位置，阀芯受阀杆的机械施压作用，紧压在阀座上。如图3(a)所示。开启时阀芯迅速脱离阀座。如下图3(b)所示。逆时针转动手轮，使阀芯开始无摩擦旋转。如图3(c)所示。直至全开位置，阀芯旋转到全开位置。如图3(d)所示。关闭过程与开启过程时密封原理相反。
现场安装本发明设计的气动V型偏心调节球阀后，阀门在凝结水精处理系统所需的各个介质流量下调节平稳，满足设计要求，达到了改造目的。

Claims (10)

1.一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其特征在于：
该球阀包括阀体，底塞轴，阀芯，阀座，内六角螺钉，阀杆，填料，手动球阀，保位阀，气动执行机构，定位器，过滤减压阀，连接套，支架，填料压盖；
阀体是阀门上容纳介质的零件，阀体上设置四个开口——进口、出口、用于安装底塞轴的下孔、用于安装上导套和填料的上孔；出口内侧用于安装阀座；上孔上部设置一个法兰，法兰凸台用于支架导向；上孔的法兰上均布多个螺纹通孔均布在设置直径的分度圆上；法兰靠近阀体进口一侧设置一个定位销孔；阀体进出口各设置一个凸面法兰；
底塞轴是装有密封圈的柱塞状结构，分五段圆盘整体加工而成，第五段圆盘上设置多个沉头螺孔均布在设定直径的分度圆上；底塞轴穿过阀体下孔后装入阀芯；
阀芯设置在阀体内，是装有轴套和导向套的V型半球体，阀芯上下部各有一个筒状圆台；
阀座是环状结构，靠近阀体出口侧设置多个的螺纹孔均布在设置直径的分度圆上；阀座设置在阀体内，将内六角螺钉穿过阀体拧入阀座固定连接；
阀杆是带挡圈的轴状结构，阀杆穿过阀体上孔后装入阀芯；
填料是环状结构；
手动球阀是通过手柄操作的阀门，启闭件为球体，由阀杆带动并阀杆轴线做旋转运动；
保位阀用于保证在失气或失电时阀门保持当前开度；
气动执行机构用于驱动阀门动作，采用压缩空气作为动力源，自带手轮装置，采用双活塞结构，安装在气动执行机构中气缸的两端，通过活塞杆连接；当活塞杆运动时通过拨叉使直线运动转化为推杆的旋转运动，从而带动阀门转动；气动执行机构设置在支架上，气动执行机构的输出轴套入连接套内；手动球阀、保位阀、定位器、过滤减压阀分别通过金属软管安装在气动执行机构上；
定位器安装于气动执行机构顶部，通过连接件使反馈杆与气动执行机构中的推杆相连；定位器与该球阀装置外部的气动调节阀配套使用，接受调节器的输出信号，然后以它的输出信号控制气动调节阀；
过滤减压阀用于对压缩空气进行过滤和减压，确保进入定位器的压缩空气和压力满足要求；
连接套是安装在阀杆上的圆筒形结构；
支架是工字筒形结构，上下各有一块圆盘，中间为半圆筒；支架套在阀体上孔上部设置的法兰凸台，与阀体连接处用销子定位后，再用紧固件紧固；
填料压盖是凸面法兰结构，多个开孔均布在设定直径的分度圆上。
2.如权利要求1所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其特征在于：该球阀选用软密封和硬密封两种阀座密封形式之一。
3.如权利要求1所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其特征在于：该球阀泄漏等级为VI级。
4.如权利要求1所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其特征在于：该球阀的可调比最高为100:1。
5.如权利要求1所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其特征在于：阀体的公称直径为DN400，压力等级PN50，高度为725mm，长度为480±3mm；上孔上部设置一个Φ360×25mm的法兰，法兰最大承受16000N.m的扭矩；法兰凸台的直径为220mm、高度为5mm；上孔的法兰上均布14个M20的螺纹通孔，分度圆直径为298mm；法兰靠近阀体进口一侧135mm位置处设置一个定位销孔；阀体进口直径为440mm，出口直径为340mm，下孔直径为Φ110mm；上孔的上导套安装部位直径为120mm，填料安装部位直径为130mm。
6.如权利要求5所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其特征在于：底塞轴是柱塞状结构，长度为188mm，分五段整体加工而成，第一段是尺寸为Φ80×61mm的圆盘；第二段是尺寸为Φ110×83mm的圆盘；第三段用于安装O形密封圈，是尺寸为Φ104×4mm的圆盘；第四段是尺寸为Φ110×20mm的圆盘；第五段是尺寸为Φ175×20mm的圆盘，第五段圆盘上有8个M10的沉头螺孔均布在直径为134mm的分度圆上。
7.如权利要求6所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其特征在于：阀芯的半径为261mm，总高度为420mm，阀芯上部圆台高度为60mm，下部圆台高度为50mm，上部圆台和下部圆台的内孔直径均为100mm；
阀座的内径为340mm，外径为400mm，高度34mm，靠近阀体出口侧设置24个Φ10×24mm的螺纹孔，均布在直径为365mm的分度圆上；
内六角螺钉采用标准GB/T 70.1-2000，尺寸为M10×40mm；
阀杆的总长度为396mm，分三段，上部是尺寸为75×75mm的四边方轴；中部是尺寸为Φ100×249mm的圆柱状结构，下部是尺寸为Φ100×62mm的圆柱状结构。
8.如权利要求7所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其特征在于：填料共5层，单层尺寸Φ130×Φ110×10mm，材质为柔性石墨。
9.如权利要求8所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其特征在于：连接套的高度为155mm，外径为155mm，内径为75mm；
支架的总高度为240mm，上下圆盘的直径为360mm，厚度均为25mm，中间半圆筒直径为220mm，高度为190mm；
填料压盖的外径为195mm、内径110mm、总高度为38mm、凸台高度为20mm；其中，4个直径为18mm的开孔均布在直径为160mm的分度圆上。
10.如权利要求1所述的一种核电站凝结水精处理系统出口母管调节球阀，其特征在于：该球阀选用软密封和硬密封两种阀座密封形式之一；
该球阀泄漏等级为VI级；
该球阀的可调比最高为100:1；
阀体的公称直径为DN400，压力等级PN50，高度为725mm，长度为480±3mm；上孔上部设置一个Φ360×25mm的法兰，法兰最大承受16000N.m的扭矩；法兰凸台的直径为220mm、高度为5mm；上孔的法兰上均布14个M20的螺纹通孔，分度圆直径为298mm；法兰靠近阀体进口一侧135mm位置处设置一个定位销孔；阀体进口直径为440mm，出口直径为340mm，下孔直径为Φ110mm；上孔的上导套安装部位直径为120mm，填料安装部位直径为130mm；
底塞轴是柱塞状结构，长度为188mm，分五段整体加工而成，第一段是尺寸为Φ80×61mm的圆盘；第二段是尺寸为Φ110×83mm的圆盘；第三段用于安装O形密封圈，是尺寸为Φ104×4mm的圆盘；第四段是尺寸为Φ110×20mm的圆盘；第五段是尺寸为Φ175×20mm的圆盘，第五段圆盘上有8个M10的沉头螺孔均布在直径为134mm的分度圆上；
阀芯的半径为261mm，总高度为420mm，阀芯上部圆台高度为60mm，下部圆台高度为50mm，上部圆台和下部圆台的内孔直径均为100mm；
阀座的内径为340mm，外径为400mm，高度34mm，靠近阀体出口侧设置24个Φ10×24mm的螺纹孔，均布在直径为365mm的分度圆上；
内六角螺钉采用标准GB/T 70.1-2000，尺寸为M10×40mm；
阀杆的总长度为396mm，分三段，上部是尺寸为75×75mm的四边方轴；中部是尺寸为Φ100×249mm的圆柱状结构，下部是尺寸为Φ100×62mm的圆柱状结构；
填料共5层，单层尺寸Φ130×Φ110×10mm，材质为柔性石墨；
连接套的高度为155mm，外径为155mm，内径为75mm；
支架的总高度为240mm，上下圆盘的直径为360mm，厚度均为25mm，中间半圆筒直径为220mm，高度为190mm；
填料压盖的外径为195mm、内径110mm、总高度为38mm、凸台高度为20mm；其中，4个直径为18mm的开孔均布在直径为160mm的分度圆上。
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