RCC-M 核1级手动波纹管截止阀的设计
RCC-M规范在核电阀门设计、检验过程中的应用
括材 料 的力学 性 能 试验 （ 包 括拉 伸 试验 、硬 度试 验 等） ， 物 理 和 物理 化 学 试 验 （ 晶相组织 、 晶粒 度 、 铁 素 体含 量 、 硫 磷 杂 质 含锗 等 ） ， 超 声 波探 伤 检 验 ， 射 线探 伤检 验 ， 液体 渗 透试 验和 磁粉 检验 等 。
方法》 ， 第１ Ｖ卷《 焊接》 和第 Ｖ卷《 制造》 。 各分卷 内
容覆 盖 了设 备 的设 计 、 制造 、 检 验 的全 部 要求 。
核安全级 阀门的检验要求在第 １ Ｉ 卷《 材料》 和第 １ Ｉ Ｉ 卷《 检验方法》 中， 从原材料到零件到成品 ， 不同阶
收稿 Ｅ ｔ 期： ２ ｏ １ ６ — ０ ７ 一 Ｏ ８ 作者简介 ： 李 自强（ １ ９ ８ ３ 一 ） ， 男， 内蒙古赤峰人 ， 硕 士研究生 ， 工程师 ， 研究方 向： 核电站应 急柴油发电机组设计 。
核 安 全级 阀 门 ， 可 以按 照 Ｒ Ｃ Ｃ — Ｍ规 范 进 行设 计
和 制造 。非 安全 级 （ Ｎ Ｃ级 ） 阀门可 以参考 核安 全 ３级 阀门 的设 计 和 制 造要 求 ，结 合核 电站 设计 标 准 提 出
要 阀门 ２ ． ８ 万台 ， 核１ 级占 ０ ． ７ ％， 核２ 级占 ２ ７ ． ９ ％， 核 ３级 占 ２ １ ． ４ ％， Ｎ Ｃ级 占 ５ ０ ％。鉴 于核 电 阀 门 的重 若干家 阀门制造企业获得 了核安全局颁发的核安全 设 备制造许 可证 书 ，并使 核 电阀 门的 国产化 达到
２ ０ ５
Ｅｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ． １ ０， ２ ０ １ ６
核安全一级阀门的力学分析_张征明
文章编号:1002-5855(2007)02-0018-05作者简介:张征明(1967-),男,副研究员,从事反应堆结构设计与结构力学分析工作。
核安全一级阀门的力学分析张征明,吴莘馨(清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084) 摘要 介绍了核安全一级阀门结构应力分析方法在阀门设计中的重要作用。
以核安全一级电动截止阀为例,采用规范法和分析法对阀门的承压边界进行了力学分析和计算,并对阀门主法兰和连接螺栓的计算结果作了对比和评价。
关键词 核安全一级;核工业用阀;力学分析 中图分类号:TH134 文献标识码:AMechanical analysis of the nuclear safety class 1valveZHANG Zheng -ming ,WU Xin -xin(I nstitute of Nuclear and new Energ y T echno logy ,Tsing hua University ,Beijing 100084,China )A bstract :Design by analysis method must be used for the nuclear safety class 1valve as the regula -tio ns of nuclear safety codes .Detailed stress distribution in the valve structure should be analyzed andevaluated .This paper introduces the mechanical analysis of a nuclear safety class 1electric shutoff v alve .The introduction w ill focus on the com munications betw een the designer and the analy zer of the v alve .Some advisements are given by the analy zer based on the mechanical analysis results of the valve structure .Key words :nuclear safety class 1;valve ;mechanical analysis 1 前言核安全级阀门在设计、制造和检验等各个环节上均有远高于普通阀门的要求,尤其是核安全一级阀门,按照核安全法规的要求,必须采用分析方法进行设计,对阀门结构进行详细的应力分析和评价。
波纹管球阀的研究
波纹管球阀的研究1 概述随着石油、石油化工、化学工业、化纤工业、医药工业及核工业的迅猛发展，波纹管阀门得到了广泛的使用。
波纹管阀门主要适用于易燃、易爆和有剧毒的工况以及对环境有极为严格要求的场合。
波纹管阀门在阀杆处实现了零泄漏，有效地保证了生产和科研的正常进行，保证了环境不受污染和人员不受伤害。
2 分析波纹管阀门通常有波纹管截止阀和波纹管闸阀。
波纹管截止阀阀杆只做升降直线运动，行程较小，以DN50口径截止阀为例，行程只有14mm，使用寿命可达5000次。
波纹管闸阀行程较大，DN50口径为43mm，使用寿命较短，只能达到2000次。
不论闸阀还是截止阀，它们的共同缺点是阀杆轴向尺寸过大，DN50口径截止阀阀杆直径为φ21mm，长290mm，闸阀阀杆直径为+22mm，长为415mm。
从力学角度分析，截止阀的长径比为13.8，闸阀长径比为18.8。
阀杆轴向受力极其不稳定，特别是波纹管阀在工况运行中，介质带压的情况下，阀门关闭困难。
在阀门设计中，一般采用增加径向尺寸和缩短轴向尺寸的方法，也解决不了波纹管截止阀和闸阀的结构问题。
故现行的波纹管闸阀和截止阀经常因为阀杆过长，在运行中折弯而使阀门失效。
针对上述波纹管截止阀和闸阀的缺点，研究开发了波纹管球阀。
波纹管球阀克服了波纹管截止阀和闸阀阀杆过长的缺点，其结构合理、匀称和稳定。
波纹管截止阀、闸阀和球阀结构如图1。
波纹管球阀阀杆长220mm，直径为25mm，长径比为8.8。
波纹管球阀与波纹管截止阀和闸阀相比有如下的优点。
(1)波纹管球阀具有三级密封，而波纹管截止阀和闸阀只有二级密封。
一级密封设在阀杆下端处。
采用锥面密封。
阀杆与阀盖处密封长度为4mm，属于金属与金属的硬密封，且压力越大密封越好。
第一道密封渗漏量极小，由于密封面光洁度较高，在密封面间形成微小的毛细管通道，根据流体力学理论，流体通过毛细管后，沿程压力损失很大，波纹管内的压力较小，这样就保护了波纹管。
二级密封为波纹管密封。
RCC-M培训教材
TND/TEN
RCC-M的总体结构
卷
第1卷
A篇 B篇 C篇 D篇 E篇 G篇 H篇 J篇 Z篇
标题
核岛设备
总体规定 1级承压设备 2级承压设备 3级承压设备 2级和3级小型承压设备 反应堆堆芯支撑构件 1、2和3级承压设备的支承件 低压或常压贮罐 技术性附录
篇章
A B C D E G H J Z
F5000：表面处理 F6000：清洁 F7000：螺栓连接 F8000：零件和部件热处理
2006-8-9
13
RCC-M培训教材
Байду номын сангаас
2. RCC-M结构综述
DNMC
TND/TEN
B3000---1级部件的设计
B3100：设计通则
定义5种工况（第一、二、三、四和试验工况） 定义各种工况应考虑的载荷 定义各种工况应满足的准则
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母材的验收
S4000 焊工考核
S7000 产品焊接
S2000 焊接填充材料的验收
RCC-M培训教材
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2. RCC-M结构综述
DNMC
TND/TEN
F篇---制造
F2000：标识规程 F3000：切割和焊接的修复 F4000：成形和尺寸允差
热收缩来修正管道对中（F4140） 弯管的允差（F4216） 焊接接头组对（F4300）
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第二个字母
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RCC-M培训教材
3.管道设计
DNMC
TND/TEN
管道的3位编码
可利用下式有压力等级LBS：
LBS=（P×1000）÷S
S为运行温度下材料的许用 应力，单位LB/in2。 P为设计压力，单位LB/in2
核一级手动截止阀替代分析
核一级手动截止阀替代分析胡文盛，肖朱强，吴起，王文(福建福清核电有限公司，福建福清350318)摘要：分析阀门中腔泄漏的潜在运行风险，结构设计对维修的影响，确定物项替代的必要性。
通过分析替代阀门对设备性能、管系 应力、系统功能、管道布置和水压试验的影响，结合机组首次大修施工窗口和施工技术，确定了阀门替代的可行性。
关键词：核一级;手动截止阀;替代;分析;评价 D 〇I ：0.16621/j .cnki .issn 1001-0599.2017.07.67中图分类号:TH 134文献标识码:B0前言阀门是核电厂流体传输系统中重要的组成部分，密封性是其最基本的功能之一。
某核电厂1〜4号机组各有28台DN 50的核一级手动截止阀，型号为SJXSXA 0050X 和SJUSXA 0050X 。
作为核级阀门，其压力边界的完整性具有非常严苛的要求。
1〜4号机组阀门安装调试期间，该型阀门多次发生中腔泄漏和内漏现 象，故障处理困难。
该类型阀门用于一回路压力边界，泄漏严重 时可能迫使机组状态后撤甚至停堆。
为从根本上提高阀门可靠 性，消除潜在运行风险，需对阀门替代的必要性和可行性进行分 析，确定是否可采用等效物项进行永久替代。
1核一级手动截止阀(1)结构形式。
核电厂1〜4号机组DN 50核一级手动截止阀的中腔(阀体与阀盖形成的密闭腔室)采用螺纹连接加唇边焊的 结构形式，密封通过金属垫片保证，同时施以唇边焊进行二次密 封来防止介质泄漏；阀座则通过在阀体内堆焊司太立合金加工 而成。
阀门结构如图1所示。
图1原始核一级手动截止阀结构⑵技术参数。
阀门主要参数:设计压力17.2MPa ，20.3 MPa ;设计温度343益,120益，主体材料M 3301/Z 2CND 18-12N .S ;抗震 等级11，质保等级Q 1，结构长度(260±2)mm ，中腔螺纹尺寸M 76x 3 mm ,中腔塾片外径86 mm ,宽度4 mm ,内径78 mm ,厚度2.5耀0.1mm 〇(2)功能。
波纹管截止阀标准
波纹管截止阀标准
波纹管截止阀的标准可以根据使用场景和国际标准进行选择，以下是一些常见的波纹管截止阀标准：
1. 美国国家标准：美国国家标准协会（ANSI）/美国石油学会（API）标准，如API 600，API 602等。
2. 国际标准：国际标准化组织（ISO）标准，如ISO 15761，ISO 15761等。
3. 欧洲标准：欧洲标准EN标准，如EN 593，EN 558等。
4. 德国标准：德国标准化学会（DIN）标准，如DIN 3352，DIN 3356等。
5. 日本标准：日本工業規格（JIS）标准，如JIS B2071，JIS
B2073等。
在选择波纹管截止阀的标准时，需要考虑使用场景、流体介质、工作压力和温度等因素，并根据相关标准进行选择和验证。
波纹管设计
1 概述金属波纹管阀门的波纹管下端焊接在阀杆上，以防止工艺流体浸蚀阀杆，另一端置于阀体和阀盖之间构成静密封。
采用合适的材料，波纹管阀可用于高温500℃和高压2500Ib（42MPa）工况中。
通常阀门行程为波纹管自由长度的15%，因而波纹管占据很大的压力空间，制造工艺相对复杂，价格较贵。
但与传统填料密封阀门相比，阀杆的密封更加可靠，在外泄漏要求比较严格的场合，如有毒介质、强腐蚀介质和放射性介质以及热油等场合中应用广泛。
2 设计要求波纹管阀门最常用的结构形式为波纹管截止阀和闸阀。
波纹管截止阀因为其启闭行程短，易于制造与之匹配的波纹管而使用广泛。
闸阀由于需要的行程较长，制造波纹管的难度增大，使大口径波纹管闸阀的使用受到限制。
2.1 阀门寿命波纹管阀门的全开-全关-全开过程为一个循环（一次），美国阀门和管件制造者标准协会MSSSP-117规定波纹管阀门寿命如表1。
在不同的工况条件下，波纹管阀门的寿命要求也不一样，设计时应满足客户的具体要求。
表1 波纹管阀门寿命2.2 阀门试验波纹管阀门的试验分为型式试验和产品试验。
2.2.1 型式试验波纹管阀门的关键部件是波纹管。
波纹管的型式试验可以是波纹管阀门，也可以是用连波纹管的工装，但工装的载荷、行程、压力和间隙等应与实际的波纹管阀门相同。
型式试验前先完成1.5倍设计压力的强度试验。
型式试验应从每一基本设计和材料中随机抽取至少3台试验，最短寿命不低于表1规定。
试验温度为常温，试验压力为常温时材料规定的工作压力。
寿命试验结束后用0.6MPa的空气试压，波纹管及其连接接头进入水中，观察是否有气泡产生。
或用氦气检漏仪器测试，其泄漏率不大于10-6cm3/s。
2.2.2 产品试验每台波纹管阀门除正常的阀门试验外，还必须使用氦气检漏仪器测试，其泄漏率不大于10-6cm3/s。
3 波纹管的选择波纹管阀门设计时，合理选用波纹管是决定阀门质量的关键。
选用时应考虑波纹管材料、阀门使用寿命、工作压力和工作温度等的影响。
截止阀基础知识与设计计算讲解
上例中， β6=0.36， P=2.0MPa F=16049.6N a=38 mm b=10 mm [σ]=104MPa 计算结果，σ1=34.76MPa, σ2=4.475MPa σ=39.24MPa ＜ [σ] OK
阀瓣受力分析
2.2.2阀体壁厚计算
t=1.5*d*0.9/([σ]-1.2P) 式中, t——阀体计算壁厚, mm d——阀体计算内径，mm [σ]——材料许用应力，MPa P——阀门工作压力，MPa T= t+Ma+CF+SR 式中, Ma——铸造偏差，mm CF——腐蚀余量，mm SR——特殊要求增加壁厚，mm
Qmz=Qmf+Qmj，N Qmf=π（Dmn+bm）bm*sina*(1+fm/tga)*qmf ，N Qmj=π/4（Dmn+bm）2P，N qmf=（3.5+P）/SQRT（bm） 式中， Qmz——阀座密封面总作用力，N Qmf——阀座密封必须作用力，N Qmj——阀座密封面介质静作用力，N q ——阀座计算比压，MPa qmf——密封必须比压，MPa（见《阀门设计手册》P427） a——阀瓣半锥角。 dm——阀座密封面内径，mm bm——阀座密封面有效宽度，mm p——工作压力，MPa
d=76mm Pmax=20 kgf/cm2 。
NPS=3 则，
S=1.994 kgf/cm2
dO =88mm
阀座圈高度计算：
H=int（a*dO）+Δ 式中， H——阀座圈高度，mm a——系数 150~300Lb，a= 0.105 600~900Lb，a=0.13 1500Lb，a=0.18 2000~2500Lb，a=0.2 3500Lb，a=0.25 Δ——常数，mm。Δ值根据a
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RCC-M 核1级手动波纹管截止阀的设计
发表时间：2019-05-20T16:41:45.377Z 来源：《电力设备》2018年第32期作者：李茂元周长宝[导读] 摘要介绍了波纹管截止阀的工作原理、结构特点，设计参数及具体的设计方法。
(哈电集团哈尔滨电站阀门有限公司黑龙江哈尔滨 150000) 摘要介绍了波纹管截止阀的工作原理、结构特点，设计参数及具体的设计方法。
关键词 RCC-M；核一级；波纹管；截止阀 1工作原理波纹管截止阀采用波纹管密封技术，通过阀体、阀盖、阀杆及波纹管组件形成一个密封空间，避免介质接触到阀杆处的填料。
因此可以保证阀杆处的零泄漏，避免介质对周边环境的不利影响。
具有更高的安全性，及减少维修次数，降低运营成本的优点。
2设计分析核1级波纹管截止阀安装在RCP反应堆冷却剂系统，起到联通和切断管道的作用。
由于冷却剂具有非常高的放射性，所以核电厂对此阀门的密封性要求非常高。
长期以来，此阀门一直依赖于国外进口，如KSB公司和VELEN公司等。
为了打破国外产品的技术垄断，我公司决定开展此阀门的国产化工作。
通过借鉴国外产品的结构特点，同时依托我公司长期积累的截止阀设计经验。
为了满足技术规格书里的相关密封要求，考虑阀杆处低
泄漏的设计需要，此阀门采用波纹管和填料的双重密封形式。
由于波纹管的特殊性和重要性，我公司与国内著名的波纹管制造厂家（沈阳仪表科学研究院）合作，共同完成波纹管密封结构的设计工作。
通过波纹管截止阀的型式试验，验证阀门的密封性，同时也验证了国产波纹管的性能。
3设计参数依据用户提供的技术规格书，摘录出阀门的主要设计参数，详见表1 表1
4结构设计（结构图见图1）图1
⑴阀门的内部密封采用典型的锥面密封形式，具有密封效果好、自清洁的特点。
并且阀体及阀瓣均堆焊钴基硬质合金，高温环境下具有强度高，耐冲蚀特性，极大的延长了阀门的使用寿命。
⑵阀杆与阀瓣设计成球面配合结构，在阀瓣下降关闭过程中，阀瓣具有一定万向性，从而保证阀瓣与阀体的同轴性。
⑶由于阀门的公称通径较大DN50，所以阀体与阀盖间采用传统的中法兰、螺栓、垫片的密封形式。
通过止口的公差来控制垫片的压缩量，严格的满足图纸要求。
根据阀门的设计参数及抗震载荷精确计算出螺栓的预紧力矩，通过力矩扳手，准确、多次、均匀地施加在螺母上，从而实现整体结构的最佳密封状态。
⑷为了满足技术规格书中关于阀杆处泄漏量的要求，阀门采用波纹管+填料的双重密封形式。
即使事故工况下，波纹管失效，填料仍然能保证阀杆处的密封性。
波纹管采用高性能的Inconel材料，整体液压成型。
波纹管出厂试验应至少包括：尺寸检验、目视检验、液体渗透检验及射线检验、强度试验、氦检漏试验等，氦检漏的允许泄漏率为≤1.33x10-6Pa.m3/S。
由于波纹管壁厚较薄，通常与上、下连接件采用自熔式焊接。
波纹管组件下端与阀杆焊接，上端与阀盖焊接，从而保证介质接触不到填料。
在波纹管不失效的情况下，永远不会泄漏到外界，进而实现阀门的高密封性。
⑸此外在阀杆与阀盖处增加倒密封结构，可以实现现场带压更换填料。
⑹填料螺栓上部安装组合放置的碟簧，避免因填料磨损丢失而导致螺母松动。
⑺阀门设计有导向机构，保证阀杆只做直线升降运动，避免波纹管由于阀杆旋转承受剪切力。
5设计计算
为满足用户技术规格书的要求，保证承压边界的完整性和功能的不丧失性。
此阀门主要依据RCC-M B3500篇进行设计。
依据B3513的描述，当阀门公称通径DN≤50时，核一级阀门可以依据RCC-M C篇进行设计。
所以此阀门的下述设计多依据C篇进行计算。
阀体强度计算
⑴依据C3542，分别计算阀门支管与中腔的最小壁厚tm；
⑵依据C3552，计算O、A工况下的一次薄膜应力和一次薄膜+弯曲应力
⑶依据C3553，计算B、C、D工况下的一次薄膜应力和一次薄膜+弯曲应力
⑷依据C3554计算试验工况的一次薄膜应力
6结语
通过厂内试验及型式试验，我公司新研发的核1级波纹管手动截止阀完全满足用户技术规格书的要求，为此阀门的国产化打下坚实基础。
同时改变了该类型阀门长期依赖进口的不利局面，促进了我国核电设备的发展，产生了良好的经济效益和社会效益。
同时，通过和波纹管厂家密切合作，扩大了波纹管产品覆盖范围，提升了波纹管厂家的配套能力。
参考文献：
[1] EJ-T 1022.1 1996版《压水堆核电厂阀门设计和制造通则》
[2]HAF 003 91版《核电厂质量保证安全规定》
[3]实用阀门设计手册[M] 陆培文 2006版
[4]JB/T 10507-2005 [S] 阀门用金属波纹管
作者简介：李茂元（1985-），男，吉林榆树人。
工程师，从事阀门设计与研发工作。