1 概述

    在核電安全注入系統（RIS）中，核級小口徑升降式止回閥（以下簡稱止回閥）是一種使用較為廣泛的閥門，用來防止介質倒流。在核電廠供貨的止回閥中有部分出現了C_V值嚴重偏低的問題，并伴隨振動和噪聲的異?，F象，解體檢查發現閥門存在閥瓣未能完全開啟甚至卡塞的現象。止回閥是指依靠介質本身流動而自動開、閉閥瓣的閥門。閥門的C_V值是衡量閥門流通能力的指標，C_V值越大說明流體流過閥門時的壓力損失越小。因閥門C_V值偏低，能導致系統流動阻力大，影響泵的性能，使系統再循環流量不能滿足核電廠系統要求，需要對其結構進行分析和改進。

    2 分析

    2.1 動作特性

    止回閥一般是由閥體、閥蓋和閥瓣等組成。閥座密封面是由閥體堆焊硬質合金后加工而成，閥瓣密封面采用錐型環面密封，由本體堆焊硬質合金加工而成。閥瓣以閥體中腔孔作為導向，沿著中心線上下滑動。當介質順流時，閥瓣靠介質推力開啟。

    當介質反方向流動時，由介質壓力和閥瓣的自重使閥瓣作用于閥座上，阻止介質出現逆流現象（圖1）。

（a）閥瓣由閥體導向   （b）閥瓣由閥蓋導向

圖1 升降式止回閥

    2.2 流量試驗

    對核電廠現場使用的DN50－Class1500止回閥（圖1a）按流量試驗標準JB/T5296－1991的要求進行了流量系數CV值試驗得出一組數據（表1）。

    流量系數CV值為

    式中   Q———單位時間內流經閥門的介質體積，m³/h

    △p———測量裝置測得的總壓差，kPa

    ρ———流體密度（ρ=1），kg/cm³

表1 止回閥流量系數試驗數據（DN50－Class1500）

    經過流量試驗表明，閥門的平均流量系數C_V值與系統運行要求的數據比較有很大的差距。閥門流量試驗后，解體發現閥瓣有卡塞現象，修復后重新試驗其結果仍然達不到要求，需對其結構進行分析和改進。

    2.3 結構性能

    （1）閥瓣深入閥蓋尺寸偏小

    根據實測，閥瓣在關閉狀態時深入閥蓋實際有效尺寸為5mm，極易導致閥瓣深入閥蓋的尺寸不足，在體、蓋內孔尺寸控制不嚴格的情況下，可能導致閥瓣運動出現卡塞現象（圖1a）。

    （2）閥體中腔導向長度不足

    閥瓣導向直徑D=60mm，導向長度L=47mm，L/D=0.78，與一般經驗值L/D=1.2的要求相差很大。同時，由于閥門出口流道位于中腔導向面，對導向產生不利影響，所以這種導向設計不合理。

    （3）閥體、閥瓣和閥蓋運動副配合間隙不合理

    閥門解體后測量的閥體中腔、閥瓣直徑D與其對應的C_V值數據見表2。為進一步驗證配合間隙和C_V值的關系，用DN50－Class150（其結構與圖1a同）止回閥進行流量系數試驗，其數據見表3。

表2 DN50－Class1500止回閥解體測量的

D值與其對應的C_V值

表3 DN50－Class150止回閥測量的D值與其對應C_V值

    （4）閥門內表面粗糙度Ra值的影響

    介質在閥門內部流動與閥門內腔產生摩擦，產生流動阻力和能量損失，閥門內腔越粗糙，介質的流量系數C_V值越低。

    通過由表2、表3及圖2、圖3流場分析，可以看出閥瓣在全開狀態下閥體與閥瓣接觸長度約為導向長度的1/2。閥門流道孔中的箭頭代表介質的流速和流向（圖2），介質在閥瓣下面有一個紊流區域，當閥體與閥瓣的配合間隙大時，閥體不能很好的約束閥瓣，閥瓣會隨著介質轉動和擺動，增大了閥門紊流區域，所以閥門壓力損失增大。反之，配合間隙小時，閥體對閥瓣有較好的控制，閥瓣隨介質的轉動和擺動的程度降低，減小對介質流動的影響（圖3）。通過分析和試驗證明，閥瓣與閥體的配合間隙減小，C_V值增大。

圖2 改進前閥體中腔孔導向止回閥的流場分析

圖3 改進后閥蓋導向止回閥的流場分析

    3 改進

    針對上述分析的幾個方面的原因，對止回閥的結構進行了改進（圖1b）。

    （1）擴大閥體中腔

    閥瓣以閥蓋內孔作為導向面，該結構減輕了閥瓣自重，使閥瓣導向長度L與閥蓋導向孔直徑D＇的比值L/D＇在1.2～1.5之間。減小閥瓣開啟高度，閥瓣在完全開啟狀態下中腔的環形面積均大于流道截面積，降低介質在閥體中的流動損失。閥門結構改進前后的數據對比見表4。

表4 DN50－Class1500止回閥改進前后的數據對比

    （2）控制閥瓣導向配合間隙

    在滿足溫度變化要求的前提下，盡量減小配合間隙以此提升C_V值。

    （3）提高閥門內腔光潔度

    閥門內表面粗糙度Ra值控制在3.2～6.3μm之間，取其下限效果較好。

    4 試驗

    對結構改進后的止回閥，重新進行了流量系數試驗得出下列一組數據（表5）。

表5 結構改進后的DN50－Class1500

止回閥流量系數試驗數據

    5 結語

    止回閥結構改進后，其C_V值試驗結果有了大幅提高。另外，應控制閥蓋導向、閥蓋與閥瓣配合間隙及提高零件配合面的粗糙度和增加閥瓣與導向件之間配合面的同軸度、同柱度等形位公差控制要求，使其在滿足溫度變化要求的前提下，盡量減小配合間隙，以保證閥門CV值的穩定。對止回閥流量系數測試數據分析的過程和結論，為閥門的設計、制造以及系列化和軟件模擬計算奠定了基礎。