鈉介質(zhì)回路閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2013-06-04 張猛 海軍駐沈陽地區(qū)艦船配套軍事代表室

  介紹了鈉閥的使用工況、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計難點及解決措施,論述了鈉閥在不同工況下采用結(jié)構(gòu)的先進性和合理性。

1、概述

  核級鈉閥門(以下簡稱鈉閥)主要應(yīng)用在快中子增殖反應(yīng)堆一、二回路及其各輔助系統(tǒng)、鈉工藝系統(tǒng)、破損探測系統(tǒng)、熱工控制系統(tǒng)的管道上,對管道中的介質(zhì)起截斷或輸送作用。

2、性能參數(shù)

  公稱壓力 2.0MPa

  公稱通徑 25、40、65mm

  工作溫度 420 ℃

  工作介質(zhì) 液態(tài)金屬鈉

  連接形式 焊接

  安全級別 II

  抗震類別 II

  質(zhì)量等級 QA1

  清潔度 A類

  承壓件設(shè)計使用壽命 30a

  無故障開關(guān)周期 <1500次

  耐壓試驗壓力 3.0MPa

3、工況分析

  (1)由于液態(tài)金屬鈉是一種極活潑的金屬元素,具有很高的反應(yīng)活性,能直接與O2、H2、S或H2O反應(yīng),產(chǎn)生可燃氣體。因此閥門密封可靠性要求極高,必需保證不得有任何外泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。

  (2)由于液態(tài)金屬鈉在97.8℃下將由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。因此,閥門需要在420℃高溫下長期運行,必須具有耐高溫性能。

  (3)液態(tài)金屬鈉在常溫下呈固態(tài),化學(xué)性質(zhì)極為活潑,遇水或潮氣反應(yīng)猛烈,易引起著火或爆炸。所以當介質(zhì)流經(jīng)閥門后,要求其體腔內(nèi)盡可能不殘留介質(zhì)。

4、密封結(jié)構(gòu)

4.1、承壓殼體密封結(jié)構(gòu)

  主要承壓件閥體、閥蓋、閥瓣采用自由鍛毛坯,內(nèi)外表面機加工成形。在鍛造過程中,由于金屬塑性變形的結(jié)果,使毛坯金屬獲得較細的晶粒。同時能壓合鑄造組織的內(nèi)部缺陷(如微小的裂紋、氣孔等),因而提高了金屬的機械性能確保承壓殼體密封可靠。

4.2、閥體與閥蓋連接處密封結(jié)構(gòu)

  閥體與閥蓋連接處是承壓殼體密封的關(guān)鍵部位。對于公稱尺寸[DN25閥門,其閥體與閥蓋焊接連接,避免了閥體與閥蓋連接處泄漏的可能性(圖1)。對于公稱尺寸\DN40閥門,其閥體與閥蓋采取螺栓連接唇邊焊密封結(jié)構(gòu),密封焊縫在維修時允許切開。該種密封結(jié)構(gòu)性能可靠,不受溫度波動的影響,保證高溫密封性能,使介質(zhì)無任何外漏(圖2)。

鈉介質(zhì)回路閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.閥蓋 2.閥體

圖1 閥體與閥蓋焊接結(jié)構(gòu)

鈉介質(zhì)回路閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.密封焊 2.閥蓋 3.閥體

圖2 閥體與閥蓋密封焊結(jié)構(gòu)

4.3、閥桿密封結(jié)構(gòu)

  閥桿密封為動態(tài)密封,在設(shè)計上采取兩種密封結(jié)構(gòu)。冷凍、填料和O形圈三重密封。利用液態(tài)金屬鈉隨著溫度下降其粘度增加的特性,在閥蓋與填料函之間加散熱片,降低介質(zhì)的溫度,達到密封的效果。當其冷凍密封失效時,填料作為第2道密封起閥桿處密封的作用。當填料密封失效后O形圈來確保閥桿處的密封。在散熱片與填料密封之間設(shè)有檢漏管,當冷凍密封不起作用時,檢漏管處的監(jiān)測火花塞發(fā)出信號,通知系統(tǒng)采取應(yīng)急措施并及時檢修,保證系統(tǒng)安全運行(圖3)。

鈉介質(zhì)回路閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.散熱片 2.引漏裝置 3.O形圈 4.填料

圖3 冷凍密封結(jié)構(gòu)