核级小口径升降式止回阀流量系数测试及结构改进

　　介绍了核电厂核级升降式止回阀的结构，分析了导致CV 值偏小和不稳定的原因。对阀门原有的结构进行了改进，并对改进后的阀门进行了流量试验验证。

1、概述

　　在核电安全注入系统( RIS) 中，核级小口径升降式止回阀( 以下简称止回阀) 是一种使用较为广泛的阀门，用来防止介质倒流。在核电厂供货的止回阀中有部分出现了CV值严重偏低的问题，并伴随振动和噪声的异常现象，解体检查发现阀门存在阀瓣未能完全开启甚至卡塞的现象。止回阀是指依靠介质本身流动而自动开、闭阀瓣的阀门。阀门的CV值是衡量阀门流通能力的指标，CV值越大说明流体流过阀门时的压力损失越小。因阀门CV值偏低，能导致系统流动阻力大，影响泵的性能，使系统再循环流量不能满足核电厂系统要求，需要对其结构进行分析和改进。

2、分析

　　2.1、动作特性

　　止回阀一般是由阀体、阀盖和阀瓣等组成。阀座密封面是由阀体堆焊硬质合金后加工而成，阀瓣密封面采用锥型环面密封，由本体堆焊硬质合金加工而成。阀瓣以阀体中腔孔作为导向，沿着中心线上下滑动。当介质顺流时，阀瓣靠介质推力开启。当介质反方向流动时，由介质压力和阀瓣的自重使阀瓣作用于阀座上，阻止介质出现逆流现象( 图1) 。

(a) 阀瓣由阀体导向(b) 阀瓣由阀盖导向

图1 升降式止回阀

3、改进

　　针对上述分析的几个方面的原因，对止回阀的结构进行了改进( 图1b) 。

　　(1) 扩大阀体中腔

　　阀瓣以阀盖内孔作为导向面，该结构减轻了阀瓣自重，使阀瓣导向长度L 与阀盖导向孔直径D'的比值L /D'在1. 2 ～ 1. 5 之间。减小阀瓣开启高度，阀瓣在完全开启状态下中腔的环形面积均大于流道截面积，降低介质在阀体中的流动损失。阀门结构改进前后的数据对比见表4。

表4 DN50 - Class1 500 止回阀改进前后的数据对比

　　(2) 控制阀瓣导向配合间隙在满足温度变化要求的前提下，尽量减小配合间隙以此提升CV值。

　　(3) 提高阀门内腔光洁度阀门内表面粗糙度Ra值控制在3. 2 ～ 6. 3μm之间，取其下限效果较好。

4、试验

　　对结构改进后的止回阀，重新进行了流量系数试验得出下列一组数据( 表5) 。

表5 结构改进后的DN50 - Class1 500止回阀流量系数试验数据

5、结语

　　止回阀结构改进后，其CV值试验结果有了大幅提高。另外，应控制阀盖导向、阀盖与阀瓣配合间隙及提高零件配合面的粗糙度和增加阀瓣与导向件之间配合面的同轴度、同柱度等形位公差控制要求，使其在满足温度变化要求的前提下，尽量减小配合间隙，以保证阀门CV值的稳定。对止回阀流量系数测试数据分析的过程和结论，为阀门的设计、制造以及系列化和软件模拟计算奠定了基础。