繁体中文
CHNLGVF丨中國大乾洋貿對核級氣動停止閥的流動和雙向密封特性進行研究
2024.10.04
介紹
在核电工业中，截止阀是控制介质流动和切断管道的重要设备，具有高安全性和可靠性要求。特别是在核级应用中，截止阀的设计需要满足严格的工作条件，包括高温、高压、腐蚀环境等。GHNLGVF丨中国大港洋贸易致力于推动核级气动截止阀的高质量研发和制造。本文将从流量容量和双向密封特性入手，讨论截止阀的设计优化，并提出改进核电球阀在应用中性能的新设计理念。
核級氣動截止閥概述
氣動截止閥通過氣動致動器驅動閥盤的開啟和關閉運動來控制介質的流動。由於其快速響應速度和高控制精度，氣動截止閥被廣泛應用於核電系統中。核級氣動截止閥通常需要具備以下特點：
1.1 高流通能力
在高流量条件下，阀门必须保持低流阻，以确保介质的顺畅流动。流量能力通常由阀门的流量系数（Cv值）来衡量。Cv值越高，阀门的流量性能就越好。
1.2 雙向密封特性
双向密封意味着阀门在两侧介质压力平衡或反转时仍能确保有效密封。传统截止阀通常只具有单向密封能力，但在核电运行条件下，流向经常变化，因此双向密封设计尤为重要。
1.3 高溫高壓抗性
核能系统中的球形阀门通常需要承受极端温度和压力，因此阀门材料和密封结构必须能够在这些条件下长时间保持稳定性能。
循環能力分析與優化
影响止回阀流量容量的因素
球阀的流量容量主要受阀门通道设计和阀瓣形状的影响。在传统的球阀设计中，阀瓣通常采用平面或锥形结构。然而，这两种结构在完全打开时仍会对介质流动产生阻力，降低阀门的流量系数。为了提高流量容量，优化阀门通道设计并减少局部流阻已成为关键。
2.2 精简的频道设计
为了减小流阻，中国大港洋贸易通过流体力学仿真分析优化了止回阀内部通道的几何形状。流线型的通道设计能有效减小介质在流经阀门时的湍流和涡流，从而提高了Cv值。这种优化不仅改善了流量性能，还减小了压力损失，同时确保了密封性能。
錐形密封與流量性能之間的關係
锥形密封圈广泛应用于截止阀的密封设计中。其锥形结构在阀门关闭时提供了更大的接触面积，从而改善了密封效果。然而，当阀门打开时，锥形密封结构可能对流量容量产生一定影响。为此，GHNLGVF采用了锥角优化设计，以确保密封效果的同时最大限度地减少阀盘对流体的阻碍。
雙向密封特性分析
雙向密封的設計要求
在核电系统中，随着系统运行条件的变化，介质流动方向可能会发生反转，传统的单向密封设计无法满足这一需求。为了提高止回阀的双向密封能力，必须采用具有双向承压能力的密封结构，以确保阀门无论流向如何变化都能提供可靠的密封性能。
金属C型环密封的应用
为了提高双向密封性能，GHNLGVF在截止阀设计中引入了金属C形环密封结构。C形环具有优秀的弹性恢复能力，在不同压力条件下可以保持良好的适应性密封性能。与传统软密封相比，金属C形环在高温高压下具有更稳定的密封效果，并且在流向改变时可以保持相同的密封能力。
3.3 圓錐密封和金屬C環的組合
GHNLGVF 采用锥形密封圈和金属 C 形环密封相结合的设计方案，确保止回阀在不同流向和不同压力条件下能够提供稳定的双向密封性能。当阀门关闭时，锥形密封圈提供初步的机械密封，而金属 C 形环通过其弹性变形进一步增强密封效果。这种设计显著提高了止回阀在复杂工况下的密封可靠性。
新的设计理念和技术改进
4.1 閥體結構優化
在极端工作条件下，传统气动截止阀常常因热胀冷缩和高压差而导致阀门密封失效或操作困难。为了应对这一挑战，GHNLGVF提出了一种新的阀体结构设计，采用自适应补偿阀体和阀杆结构。在高温条件下，通过设计的补偿机制平衡阀体和阀杆的不同膨胀速率，确保阀门灵活开闭而不影响密封性能。
4.2 循環與密封的平衡設計
提高截止阀的流量容量的同时，密封性能也不能被忽视。GHNLGVF提出了平衡设计理念，并通过流体模拟和实验测试找到了在流量和密封之间的最佳平衡点。具体来说，通过优化阀盘和阀座的锥角和表面粗糙度等参数，当阀门完全打开时，阀门的流阻大大降低，同时在关闭时仍然能够提供可靠的双向密封。
4.3 智能控制和監控
隨著智能技術的不斷進步，GHNLGVF也將智能控制和監控技術引入氣動止閥中。通過傳感器和數據獲取系統，實時監控閥門的工作狀態，包括開啟和關閉位置、密封壓力等關鍵參數。通過智能控制系統，不僅可以遠程控制閥門，還可以根據工作環境的變化自動調整閥門的操作參數，確保閥門始終處於最佳工作狀態。這種設計大大提高了核級止閥的安全性和可靠性。
製造和測試實踐
5.1 高精度製造技術
製造核級截止閥需要極高的精度，以確保其在極端工作條件下的穩定運行。GHNLGVF引入了先進的數控加工技術和精密測試設備，以確保閥門的關鍵部件（如閥座、閥板和密封部件）的加工精度。通過數控加工中心的高精度控制，閥門的各種尺寸誤差可以控制在非常小的範圍內，確保其在不同工作條件下的穩定性能。
5.2 可靠性測試與驗證
出廠前，所有核級氣動截止閥必須經過嚴格的可靠性測試，包括在高溫高壓條件下的流量容量測試、雙向密封性能測試和疲勞壽命測試。GHNLGVF 模擬真實的核電系統環境，以驗證閥門的性能，確保其在實際應用中長期穩定運行。此外，公司已建立更嚴格的內部測試標準，進一步確保產品的高質量。
未來前景和技術發展方向
6.1 新材料的应用
隨著材料科學的發展，核級氣動止閥在未來的材料選擇方面將有更多的創新空間。GHNLGVF計劃進一步研究新的耐高溫和耐腐蝕材料，如陶瓷基復合材料、高熔點合金等，以提高止閥在極端工作條件下的性能。
6.2 密封技术的持续改进
儘管金屬C型環密封在目前應用中表現良好，但在未來設計中，密封結構的適應性和耐久性需要進一步提高。通過材料和工藝的改進，確保止回閥的密封性能能夠在更高溫度和更複雜的工作條件下穩定運行。
6.3 智能和數字化管理
未来随着智能制造的普及，核级气动止阀的生产和管理将进一步朝着智能化和数字化方向发展。GHNLGVF将继续引入智能生产线和数字化管理系统，并通过大数据分析和机器学习不断优化止阀的生产和管理。
WhatsApp