核级直通式隔膜阀密封结构优化设计

　　分析了核级直通式隔膜阀的结构特点及不足，介绍了其密封结构的改进。

1、概述

　　核级直通式隔膜阀是目前国内核电站中常用的隔膜阀之一，该阀采用无填料函结构，橡胶隔膜可使流道内的腐蚀性介质与所有驱动部件处于完全隔离的状态。由于直通式隔膜阀的流道平滑，流阻小，故而可获得较大的流量。本文主要分析解决实际生产和使用过程中，核级直通式隔膜阀密封不足及开启困难的问题。

2、问题分析

　　核级直通式隔膜阀(图1)属于软密封结构。随着阀门口径的增加，密封面会出现渗漏现象。在DN>50的阀门中，因为阀门关闭时介质的作用力使得少量介质流入隔膜颈部的凹形区域(图2的H区)，在打开阀门的时候会出现吸水的现象。由于直通式隔膜阀密封面的特殊形式导致开启力矩过大，增加了操作难度，影响阀门的正常开启。

3、优化方案

　　3.1、隔膜材料

　　隔膜材料为橡胶。通过有限元法分析了隔膜在正常工作压力(2.0MPa)下的受力变形状况，调整了橡胶硬度，使得阀门能够避免渗漏，并在隔膜的应力集中处增加了强化网布，以延长隔膜的使用寿命。

　　3.2、阀体密封面

　　隔膜材料的改进虽然可以避免阀门渗漏的问题，但是每批橡胶成品存在差异，往往同一批隔膜，在尺寸都合格的情况下，有的可以密封，而有的却出现渗漏。为了解决阀门密封性能不稳定的因素，对阀体密封面结构实施了改进。

1.手轮 2.阀杆 3.推力球轴承 4.阀杆螺母 5.阀盖 6.阀瓣 7.隔膜 8.阀体

图1 核级直通式隔膜阀

图2 密封面问题分析

　　(1)增加辅助密封槽

　　根据核级直通式隔膜阀密封面球锥形密封结构，在阀体上设计了一条月牙形辅助密封槽(图3)。密封槽为隔膜受力变形留下足够的空间，以确保阀门的完全密封，避免了由于隔膜压缩不均匀(特别是球锥型底部)导致密封处密封力不均匀的情况。辅助密封槽是由两个同心的球面SRa与SRb组成，中间通过SRc光滑连接。改进后的阀体密封面形状在更好的配合球锥型密封曲线的同时，把对隔膜的损伤降到最低，还有利于阀门正常开启。

图3 阀体改进

　　(2)调整阀体密封面锥角

　　为了更好的达到密封和开启效果，通过多次试验和模拟阀门密封的工况条件，确定阀体密封面锥角α与隔膜锥角存在约1°差时，阀门的各项性能良好。因此，通过调整阀体密封面锥角α，及在阀体密封面上增加月牙形辅助密封槽，使得阀门达到关闭时无渗漏，开启时轻松灵活的效果(图4)。

　　3.3、阀杆与阀瓣螺纹配合处改进

　　阀杆与阀瓣螺纹间隙(图2)及配合精度是影响阀门密封性能和开启力矩大小的原因之一。结合实际情况，增加了对螺纹垂直度的要求，并且提高了螺纹配合尺寸，由9c精度调整到8c。这样可以降低阀瓣受介质作用力后发生径向位移以及偏折的情况。

图4 密封面启闭模拟

4、试验验证

　　阀体密封面改进后，最小壁厚在密封面底部(图3中的t1)，需要通过计算阀门的最小壁厚加以验证(也可查阅真空技术网-http://www.chvacuum.com/之前刊登过的文章)。通径与密封锥面拐角处的尺寸R需要保证，尽量避免铸造过程中破坏该尺寸。从阀门改进后的性能试验(表1)分析，经过改进后阀门密封效果得到提高，其开启力矩下降，隔膜使用寿命延长。

表1 阀门性能试验结果

5、结语

　　核级直通式隔膜阀密封结构的优化改进，提高了产品质量，降低了生产成本，为其他产品的改进积累了经验。