核电阀门分类介绍 — 【中阀小课堂】 NO.00987

 闸阀

核级闸阀上主要有4种结构，楔式弹性单闸板闸阀、楔式双闸板闸阀、带弹簧预紧的平行式双闸板闸阀和带顶块撑开的平行式双闸板闸阀。NI中闸阀的口径DN一般都在80mm以上，核1级闸阀阀体必须采用锻件，只有核2、3级的闸阀阀体才允许用铸件，但由于铸件质量不易控制和保证，因此往往还是采用锻件。为防止介质外泄漏，通常闸阀都采用双层填料带引漏管，并设有碟簧预紧装置来防止填料松动。采用的驱动方式有手动和电动两种，用作电动闸阀的电传动装置应考虑电机的转动惯性对关闭力的影响，最好采用带制动功能的电机，以防过载。

阀体与阀盖的连接有法兰螺栓和压力自封盖两种形式，但法兰螺栓连接应用更为普遍，因为这种结构有利于加一道唇边密封焊，密封更为可靠。4种闸阀结构不同，性能也不同。楔式弹性单闸板闸阀具有密封副结构简单，坚固可靠的特点，但制造上要求闸板与阀体的密封面配合角度误差要求严格，在主回路系统用得较多。楔式双闸板闸阀结构是火力电站惯用的结构形式，由于楔形双板角度可自行调节，密封较为可靠，维修也较方便。带弹簧预紧的平行式双闸板闸阀具有闸板在关闭时载荷不会陡增的优点，但同时会带来弹簧力使闸板在启闭时始终不脱开阀座，密封面相对磨损要大，同时闸板密封副零件多，组装不便。

带顶块撑开的平行式双闸板闸阀采用的是靠顶块使两闸板沿斜面错开的方法来使闸阀关紧，密封比较可靠，但也存在闸板密封副零件多的问题。除了上述的4种结构外，还有两种无填料函的闸阀。一种是国外报道过的液压驱动的闸阀，借助自身压力水推动活塞开启或关闭阀门。由于活塞通过阀杆直接与闸板相连，因此没有填料密封，可以避免外漏点。但活塞与缸体的密封很难做到一点不漏，因此如何保持压力的稳定需在控制系统中采取措施。

另一种是我国自行设计研制成功的全封闭型电动闸阀，该阀采用了特制的屏闭式电机，通过浸水工作的内行星减速机构使闸板作启闭运动，由于采用了滚动丝杠副，而且无填料，因此减少了能耗，并且对保证运行安全和简化维护保养都有良好的效果。这两种闸阀存在的缺点是结构较复杂，造价较高。

    下面对主要的闸阀类型和应用情况作一个罗列：

1）焊接连接液动双闸板平行式闸阀，公称压力PN17.5MPa，工作温度315℃，公称通径DN350~400mm。

2）轻水冷却剂一回路上（主要）应用的电动楔式双闸板闸阀，公称压力PN45.0MPa，温度500℃，公称通径DN500mm。

3）大功率石墨慢化反应堆核电厂一回路上（主要）应用的电动楔式双闸板闸阀，公称压力PN10.0MPa，公称通径DN800mm，工作温度290℃。

4）汽轮机装置的蒸汽和工艺水管路上（主要）应用焊接连接电动弹性板闸阀，公称压力PN2.5MPa，工作温度200℃，公称通径DN100~800mm。

5）大功率石墨慢化沸水堆核电厂释热元件换料机用的双闸板带导流孔平行式闸阀，其公称压力PN8.0MPa，开启或关闭阀门只能在压力降为△P≤1.0MPa下进行。

6）快中子反应堆核动力装置带冷冻固封填料的弹性板闸阀。

7）水—水动力堆机组用的内压自密封式阀盖楔式双闸板闸阀，公称压力PN16.0MPa，公称通径DN500mm。

8）行程部件上带蝶形弹簧的楔式双闸板闸阀，中法兰采用螺栓连接，采用密封焊。

截止阀

核级截止阀通常有3种结构，填料式截止阀、波纹管式截止阀和金属膜片式截止阀。NI中截止阀的口径一般为DN<50mm，少量达到80mm。截止阀阀体大多采用模锻成型，进出口流道均需设计成由加工而成的带斜度的直孔，因此流体阻力相应来说较大。驱动方式一般为手动和气动，采用电动时一定要考虑行程和力矩控制的准确性。填料式截止阀采用带碟簧加载的双填料结构，阀体与阀盖的连接有法兰和螺纹两种，并应设有唇边密封焊。波纹管式截止阀是用波纹管作为第一道密封，以保证不发生外泄漏，并备有填料函以防波纹管一旦出现破坏时阀门尚可暂时工作，不致使事故扩大。波纹管至少为双层，高压时更需采用三层甚至多层。金属膜片式截止阀是用金属膜片作密封件，使阀杆与内腔隔离，在体型上常设计成Y形结构，以减小其流体阻力。但这种阀的开度不应过大，否则对膜片的疲劳和寿命都会产生不利的后果。

截止阀主要用在辅助管线上，介质为中等参数的水和蒸汽，公称通径DN10~350mm，公称压力PN17.2MPa；工作温度371℃，该阀多为波纹管密封，焊接连接。

蝶阀

核级蝶阀(图4)通常有3种结构，同轴直连式衬胶蝶阀、偏心式金属密封蝶阀和双动式金属密封蝶阀。NI中蝶阀的口径从DN50～1200mm。其中同轴直连式衬胶蝶阀大多用于BNI中输送冷却水、生水和除盐水等介质的系统。由于采用的是橡胶软密封，压力低于150磅级，核级别一般均为3级，配置上手柄、蜗轮副、气动装置或电动装置可实现阀门的启闭或调节功能。金属密封蝶阀则常用在安全壳内输送空气介质的系统中。偏心式结构蝶阀是依靠蝶板回转到最大偏心距时产生与阀体密封面的接触和压紧而实现关闭，由于存在相对的磨擦，密封面容易受磨损，而且对加工尺寸控制要求也较高。双动式蝶阀的结构是借助凸轮机构使蝶板在回转前先脱离与阀体密封面的接触，然后再回转90°，同时阀板上的密封面是采用一种特殊的带内支承的金属O形环，具有自密封能力，配有带弹簧复位的气动装置能可靠地实现紧急切断或排放介质的功能。

主要用在核电厂冷却系统中，公称压力PN0.3~2.5MPa以下，工作温度在100~150℃，公称通径DN80~5500mm。

风道系统中应用快速关闭蝶阀，公称通径DN400~1200mm。

电磁阀

公称压力PN4.0MPa，工作温度≤150℃，公称通径DN≤150mm，其优点是动作时间较短、尺寸小、重量轻、可用交、直流电源来操作，动作时间在零点几秒到3秒。

调节阀

为了保证核动力装置的自动化，要求使用大量的调节，主要功能是以一定的精度保持流量、压力、温度、水位等这样一些规定被调节的参数。

调节阀按操纵方式可分为：由外部能源（气动、液动或电动）来操纵的调节阀；靠工作介质本身而无外部能源操纵的调节阀；手动调节阀；直接作用式调节器。按调节介质流量的方式分：单座和双座调节阀、调节闸阀、球形调节阀和蝶形调节阀。在核电厂应用最广的是双座和单座调节阀。

核电站用调节阀技术参数范围：公称通径DN1.5~500mm；公称压力PN4.1~68.8MPa；工作温度538℃。

安全阀

核级安全阀(图5)主要有3种结构，波纹管密封弹簧式安全阀、带助动器的全启型弹簧式安全阀和带探测器的先导式安全阀。NI中安全阀的用量虽不大，但涉及的面很广，每一重要系统的管线、容器和设备上都装有安全阀，口径从DN15～200mm，本文仅介绍几种有代表性的核1、2级的安全阀结构。波纹管密封弹簧式安全阀由于采用了波纹管密封结构，防止了介质进入阀瓣上部的阀杆和弹簧工作腔的可能，从而当安全阀在超压排放介质时不会有丝亳的外漏现象发生。同时为防止出现因波纹管偶然损坏而造成的泄漏，上腔的外壁上还设有引漏管。阀门设有手动强制开启手柄，以备必要时使用。手柄的转轴设有填料密封函，以防止介质的泄漏发生。阀门还设有可调节的下档环来改变阀瓣的升程或回座。带助动器的全启型弹簧式安全阀用于主蒸汽系统，虽没有放射性危害，但事关整个电站的安全，其重要性不亚于用在冷却剂介质的阀门。该阀口径大(DN200mm)，采用上、下双调节环结构来保证阀瓣达到全升程。同时，为防止出现超压时不开启或开启后关不严的现象，阀门的上部还设有助动器。需要时可借助气源压力对薄膜的作用而产生的附加力来帮助提升或关严阀瓣，从而保证安全功能。带探测器的先导式安全阀是NI中十分关键的设备，是用来保护稳压器的，不仅压力参数高，排量大，更主要的是介质为带放射性的冷却剂，美国三哩岛核电站泄漏就是由于主安全阀前的导阀起跳后阀瓣受卡阻而未能回座导致核泄漏的。而带探测器的先导式安全阀，由于采用了探测器，根据压力变化与弹簧力平衡的敏感关系来改变位置控制释放和加充介质的两个触点的原理，从结构上避免了卡阻问题，主阀采用的是正作用式带弹簧预紧和波纹管密封的阀瓣结构，达到了可靠的密封效果。

在核电厂的一回路上，安全阀一般安装在容积补偿器上，除了一回路的主安全阀外，在冷水反应堆的每个环路被封闭的部分，还安装了通径较小的附加安全阀。

核电厂主要应用：直接作用式安全阀（全启式和微启式），先导安全阀（公称通径DN600mm，动作压力为1.265MPa），带辅助装置的先导安全阀，防爆膜装置等。

核电站用安全阀技术参数范围：公称通径DN15~1500mm；公称压力PN2.0~70MPa；工作温度253~535℃。

保护阀和分相阀

保护阀如同安全阀一样，用以防止所在系统发生事故工况，当所在监视的参数超出规定值时自行关闭。

保护阀可分成自动动作和受控保护装置，自动动作保护阀包括止回阀和切断阀，保护装置由快速切断装置（快速切断阀、闸阀和停汽阀）、敏感元件（反映受控参数的变化并给出执行信号）和驱动机构（气动、液动和电动）所组成。保护阀的结构和闸阀、截止阀相似，但其不同特点是快速动作，其快速动作阀的公称通径可达DN700~800mm。

快速动作闸阀

是用来把蒸汽发生器和汽轮机断开，其工作介质为蒸汽，工作压力级为Class600~2500，公称管径为2.5in~30in，工作温度为29℃~1050℃。壳体材料为WCB、WC6、WC9，连接方式为对焊连接与法兰连接。

分相阀

在核动力装置的分相阀中，主要使用的是蒸汽疏水阀，主要用来自动地排除蒸汽管道内的凝结水，通常用敞口向上浮子式蒸汽疏水阀，热动力型圆盘式蒸汽疏水阀和热静力型双金属片式蒸汽疏水阀。

核电站用疏水阀技术参数范围：公称通径DN25~50mm；公称压力PN6.3~15MPa。

隔膜阀

主要用于核电站核岛系统中放射性水蒸气重水，公称通径DN8~500mm。该阀在核岛系统中约占所用阀门总数的26.2%。

球阀

公称通径DN6~350mm；公称压力PN1.0~14.5MPa ；工作温度196~500℃。该阀在核岛系统中约占所用阀门总数的12.8%。

止回阀

核级止回阀主要有3种结构，旋启式止回阀、升降式止回阀和双板式止回阀。NI中用于一回路的止回阀主要是旋启式和升降式两种，旋启式止回阀的口径一般都在80mm以上，与闸阀相对应。其结构特点是摇杆的销轴采用内装式，固定在阀体内，这主要是为了消除可能形成的漏点。升降式止回阀的口径一般都在50mm以下，与截止阀相对应。其结构又分不带弹簧和带弹簧的两种。两种结构各有利弊，带弹簧的结构复位可靠，能及时回座，但在小压差的工况下由于流阻大增加能耗，导致阀瓣开不到位而影响流量。不带弹簧的结构简单，但容易造成卡阻而不复位，因此必须注意阀瓣与阀盖内孔的配合间隙和导向长度，并要注意合适的材料匹配。而双板式止回阀式法兰，两块半圆形的阀板由扭力弹簧控制复位，开启时介质推动阀板回转向中轴线并靠，形成一夹角，流体阻力比旋启式和升降式止回阀小。这种阀的口径范围较大，从DN50~700mm。

隔离阀

主要用于核电站反应堆冷却水的一回路隔离阀和轻水堆饱和蒸汽的主蒸汽隔离阀。其公称通径DN450~1250mm。

主蒸汽隔离阀主蒸汽隔离阀(图7)常见的有3种结构，闸阀型主蒸汽隔离阀、截止阀型主蒸汽隔离阀和止回阀型主蒸汽隔离阀。主蒸汽隔离阀好比是NI生产的蒸汽输出到CI去的咽喉。虽然输送的是不带放射性的介质，主体材料也不需采用不锈钢制作，但它仍不失为核电站最重要的阀门之一。闸阀型隔离阀使用得较广泛，由于是直通式的，因此与截止阀型和止回阀型两种结构相比，流体阻力要小，即使采用适当的缩径仍能保持足够的流通量。阀门采用楔式双闸板和压力自封盖结构，带有电动和手动泵，用油压推动活塞把闸板提升使阀门全程开启，与此同时通过活塞对球形储能罐腔内所充气体的压缩形成高压，因此又称此为蓄能式结构。正常工况下阀门处在开启状态，当出现应急事故或任何需要切断主管线的信号时阀门能自动迅速地在几秒钟之内靠气体的能量克服油阻而关闭。截止阀型的隔离阀与闸阀型相比，具有开启行程短的优点，但流体阻力要大，为减小流阻阀体常采用呈45°倾斜的Y形结构(直流式)。介质为反向流动，为减少开启阀门的操作力，阀瓣往往设计成先导式双阀瓣结构，利用空气压力推动气缸内的活塞，同时压缩弹簧使阀瓣提升并保持在必须的高度。当需要紧急关闭时，阀门就会自动地排出空气，借助弹簧力可以快速地(2～3s，甚至更短的时间内)关闭阀门。止回阀型隔离阀的结构形状类似于一台升降式止回阀，其介质的流向也是反流。此种结构的特点是阀瓣的提升借助外来介质，回座依靠弹簧力，运动部件全部包容在体腔内，而且无填料，可靠性高。阀门全行程操作时间可在0.5~10s内按要求调节。阀门占有的空间和高度较小，制造和维护费用较低。

其它阀门

如减压阀、紧急切断阀、自动阀等。