介紹了核級氣動隔膜閥的技術參數、研制過程和型式試驗的概況。

1、概述

　　核級氣動隔膜閥是百萬千瓦級壓水堆核電站中重要的裝置之一，屬于安全二級的部件。目前，國內核電站機組用的核級氣動隔膜閥，完全依賴進口，是尚未實現國產化的閥門。因此，真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為研制開發出性能可靠，滿足工況要求的核級氣動隔膜閥，對于我國自主發展核電事業，提高核電站國產化率，提升我國閥門的設計和制造水平，具有積極的意義。

2、技術參數

　　設備名稱核二級氣動隔膜閥，型號規格H2G6B66W-150LbDN80。RIN碼MINFSJ-F-G；RCC-P2級；RCC-M2級；公稱壓力2.0MPa(150Lb)；設計壓力1.1MPa；設計溫度120℃；工作壓力≤1.1MPa；工作溫度≤120℃；質保等級Q1；抗震類別1A；行程時間20s；流量系數L/D≤135；動作壽命次數2000；2000次動作后密封面泄漏率0；氣源壓力0.4～0.95MPa；閥門適用系統設備冷卻水系統、疏排水系統等；典型介質反應堆冷卻劑；主體材料RCC-MM3402Z3CN20-09M；隔膜材料EPDM。

3、結構設計

　　3.1、閥體

　　氣動隔膜閥(圖1)閥體流道采用直通式縮頸結構，在滿足閥門流通能力要求的前提下，可以縮短閥門的行程。從而減小隔膜的曲撓變形和變形產生的應力，延長隔膜的使用壽命。密封面采用球面密封，由于流道設計為縮頸結構，因此在進出口與中腔連接處形成雙重密封，具有密封性能好，操作力矩小等優點。

　　3.2、隔膜

　　隔膜采用金屬閥瓣與橡膠整體膜壓成型，結合牢固均勻，不會產生脫殼現象，且尺寸、形狀精度高。隔膜形狀設計成雙重功能結構，即隔膜的下部設計為半球體狀，其功能是作為閥門的關閉件實現管路介質的接通或截斷。隔膜的上部為盆狀，其功能是作為中法蘭墊片及閥體流道與閥蓋之間隔離的作用，并承受著閥門開啟和關閉過程中的介質作用力和曲撓應力。由于盆狀部分弧面設計較為平坦，彎曲程度較小，隔膜的使用壽命長。

圖1 核級氣動隔膜閥

　　3.3、氣動執行機構

　　氣動執行機構采用薄膜式執行機構，操作薄膜與缸體沒有相對摩擦，不會磨損，無內外泄漏，使用壽命長(圖2)。采用單作用彈簧復位設計，碟形彈簧采用對合的組合方式，來獲得所需的設計載荷(閥門關閉力)，彈簧的數量由閥門的行程、單個彈簧的變形量設計確定。采用碟形彈簧替代圓柱螺旋彈簧可縮小執行機構的體積和質量，減少了閥門外伸結構的高度，從而降低了重心位置，提高了閥門的抗震能力。殼體和下殼體的法蘭邊緣設計制造成翻邊形狀，提高了殼體的剛度，防止因法蘭變形而產生泄漏。氣動執行機構設有手動鎖定裝置，能使閥門鎖定在開或關的位置，確保閥門安全運行(圖3)。

4、設計計算

　　在開發核二級手動/氣動直通式隔膜閥過程中，對閥門本體和氣動執行機構進行了分析計算。計算時根據閥門的結構，進行了最大操作軸向力計算，校核隔膜和操作薄膜的強度。在氣動執行機構的設計計算中，分別對機構的主要零部件進行了計算，通過計算確定了碟形彈簧的厚度、數量、直徑、彈簧的工作載荷及工作行程，以及彈簧的疲勞壽命次數等主要參數。在操作薄膜的計算中，根據氣動執行機構輸出軸向力，一般取閥門最大操作軸向力的1.3～1.5倍確定操作薄膜的參數和尺寸，保證氣動執行機構的可靠傳動。通過對樣機產品的鑒定試驗驗證，證明了所選參數的合理性。

1.氣動頭下殼體 2.隔膜板 3.驅動機構隔膜 4.上隔膜板 5.氣動頭上殼體 6.碟形彈簧

圖2 氣動執行機構

1.手動鎖定桿 2.游標 3.手輪

圖3 手動鎖定裝置

5、材料選擇

　　隔膜和O形圈采用三元乙丙膠(EPDM)，這種材料具有較高的耐溫性能和抗輻照能力。隔膜在高溫(120℃)動態彎曲作用下的壽命不僅與隔膜的結構設計有關，更與橡膠材料的機械性能有關。橡膠機械性能與材料的配方、防老劑的組合和硫化工藝等有關。經過多次試驗，確定了滿足核級隔膜閥要求的橡膠配方、硫化工藝和性能指標，其橡膠性能指標達到ASTMD412的要求。氣動執行機構的氣缸和氣缸蓋采用了具有較高強度的鍋爐用鋼SCPH壓制而成，碟形彈簧選用具有較高的疲勞強度和彈性模量的優質彈簧鋼，操作薄膜采用天然橡膠+錦綸網布模壓而成，具有較高的耐曲撓性能和拉伸強度。

6、型式試驗

　　按照相關要求，編制了鑒定試驗程序，規定了需要進行的型式試驗項目及試驗順序。鑒定試驗程序包括試驗前檢驗大綱、隔膜材料耐輻照試驗大綱、氣動執行機構壽命試驗大綱、冷態循環試驗大綱、熱態循環試驗大綱、壽命試驗大綱、熱沖擊試驗大綱、流體阻斷試驗大綱、中間檢驗大綱、振動探測試驗大綱、振動老化試驗大綱、地震試驗大綱、端部加載試驗大綱、流量系數試驗大綱和試驗后檢驗大綱等。

　　6.1、試驗前檢驗

　　試驗前檢驗是為確保試驗閥門組件的合適程度和建立閥門組件性能的基礎數據(表1)，并在完成試驗程序后將這些基準數據與試驗后檢查數據相比較，而進行了試驗前檢查。

表1 基礎數據

7、分析

　　試驗后將試驗數據與試驗前檢驗數據相比較，以確定鑒定試驗對閥門功能的影響。試驗中閥門密封性能滿足要求，未發現介質泄漏現象，壓力邊界保持完好。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。

8、結語

　　分析核級氣動隔膜閥的各項性能試驗和鑒定試驗的結果，充分驗證了樣機的設計和制造滿足RCC-M的要求和規定，能夠滿足百萬千瓦級壓水堆核電站的工況要求，并通過產品鑒定。