核級直通式隔膜閥密封結構優(yōu)化設計

　　分析了核級直通式隔膜閥的結構特點(diǎn)及不足，介紹了其密封結構的改進(jìn)。

1、概述

　　核級直通式隔膜閥是目前國內核電站中常用的隔膜閥之一，該閥采用無(wú)填料函結構，橡膠隔膜可使流道內的腐蝕性介質(zhì)與所有驅動(dòng)部件處于完全隔離的狀態(tài)。由于直通式隔膜閥的流道平滑，流阻小，故而可獲得較大的流量。本文主要分析解決實(shí)際生產(chǎn)和使用過(guò)程中，核級直通式隔膜閥密封不足及開(kāi)啟困難的問(wèn)題。

2、問(wèn)題分析

　　核級直通式隔膜閥(圖1)屬于軟密封結構。隨著(zhù)閥門(mén)口徑的增加，密封面會(huì )出現滲漏現象。在DN>50的閥門(mén)中，因為閥門(mén)關(guān)閉時(shí)介質(zhì)的作用力使得少量介質(zhì)流入隔膜頸部的凹形區域(圖2的H區)，在打開(kāi)閥門(mén)的時(shí)候會(huì )出現吸水的現象。由于直通式隔膜閥密封面的特殊形式導致開(kāi)啟力矩過(guò)大，增加了操作難度，影響閥門(mén)的正常開(kāi)啟。

3、優(yōu)化方案

　　3.1、隔膜材料

　　隔膜材料為橡膠。通過(guò)有限元法分析了隔膜在正常工作壓力(2.0MPa)下的受力變形狀況，調整了橡膠硬度，使得閥門(mén)能夠避免滲漏，并在隔膜的應力集中處增加了強化網(wǎng)布，以延長(cháng)隔膜的使用壽命。

　　3.2、閥體密封面

　　隔膜材料的改進(jìn)雖然可以避免閥門(mén)滲漏的問(wèn)題，但是每批橡膠成品存在差異，往往同一批隔膜，在尺寸都合格的情況下，有的可以密封，而有的卻出現滲漏。為了解決閥門(mén)密封性能不穩定的因素，對閥體密封面結構實(shí)施了改進(jìn)。

1.手輪 2.閥桿 3.推力球軸承 4.閥桿螺母 5.閥蓋 6.閥瓣 7.隔膜 8.閥體

圖1 核級直通式隔膜閥

圖2 密封面問(wèn)題分析

　　(1)增加輔助密封槽

　　根據核級直通式隔膜閥密封面球錐形密封結構，在閥體上設計了一條月牙形輔助密封槽(圖3)。密封槽為隔膜受力變形留下足夠的空間，以確保閥門(mén)的完全密封，避免了由于隔膜壓縮不均勻(特別是球錐型底部)導致密封處密封力不均勻的情況。輔助密封槽是由兩個(gè)同心的球面SRa與SRb組成，中間通過(guò)SRc光滑連接。改進(jìn)后的閥體密封面形狀在更好的配合球錐型密封曲線(xiàn)的同時(shí)，把對隔膜的損傷降到最低，還有利于閥門(mén)正常開(kāi)啟。

圖3 閥體改進(jìn)

　　(2)調整閥體密封面錐角

　　為了更好的達到密封和開(kāi)啟效果，通過(guò)多次試驗和模擬閥門(mén)密封的工況條件，確定閥體密封面錐角α與隔膜錐角存在約1°差時(shí)，閥門(mén)的各項性能良好。因此，通過(guò)調整閥體密封面錐角α，及在閥體密封面上增加月牙形輔助密封槽，使得閥門(mén)達到關(guān)閉時(shí)無(wú)滲漏，開(kāi)啟時(shí)輕松靈活的效果(圖4)。

　　3.3、閥桿與閥瓣螺紋配合處改進(jìn)

　　閥桿與閥瓣螺紋間隙(圖2)及配合精度是影響閥門(mén)密封性能和開(kāi)啟力矩大小的原因之一。結合實(shí)際情況，增加了對螺紋垂直度的要求，并且提高了螺紋配合尺寸，由9c精度調整到8c。這樣可以降低閥瓣受介質(zhì)作用力后發(fā)生徑向位移以及偏折的情況。

圖4 密封面啟閉模擬

4、試驗驗證

　　閥體密封面改進(jìn)后，最小壁厚在密封面底部(圖3中的t1)，需要通過(guò)計算閥門(mén)的最小壁厚加以驗證(也可查閱真空技術(shù)網(wǎng)-http://likelearn.cn/之前刊登過(guò)的文章)。通徑與密封錐面拐角處的尺寸R需要保證，盡量避免鑄造過(guò)程中破壞該尺寸。從閥門(mén)改進(jìn)后的性能試驗(表1)分析，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后閥門(mén)密封效果得到提高，其開(kāi)啟力矩下降，隔膜使用壽命延長(cháng)。

表1 閥門(mén)性能試驗結果

5、結語(yǔ)

　　核級直通式隔膜閥密封結構的優(yōu)化改進(jìn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，為其他產(chǎn)品的改進(jìn)積累了經(jīng)驗。