AP1000核电站循环水蝶阀位置反馈连杆振动断裂治理实例

AP1000核电站循环水蝶阀位置反馈连杆振动断裂治理实例

刘鹏举1

（山东核电有限公司，山东省海阳市，265116）

摘要：AP1000核电厂中的一些安装在大管径管道上的大型阀门，受到管道中流体紊流的影响，阀门的阀板会产生振动，这种振动会传递到阀门位置装置的传动连杆上，造成传动连杆金属疲劳，进而导致传动连杆断裂。通过在连杆端部增加万向节可增加连杆的抗振性能，延长使用寿命。

关键词：阀门 抗振 万向节

1 概述

AP1000核电厂中的一些安装在大管径管道上的大型阀门，受到管道中流体紊流的影响，阀门的阀板会产生振动，且在系统运行时此类振动是无法消除的。阀门阀板的振动会传递到阀门位置反馈装置的传动连杆上，因此这些传动连杆会长期受到一种外力，当这种外力长时间作用在传动连杆，会造成传动连杆金属疲劳，进而导致传动连杆断裂，位置反馈装置功能丧失。

2 技术问题

电厂中液控蝶阀使用的阀门位置反馈装置（图1）的传动连杆为不锈钢棒材一体成型的直连杆（图2）。

图1 阀门位置反馈装置        图2 位置反馈装置连杆

在阀门全开运行状态下，阀门阀板受到管道中紊流的冲击，导致阀板振动，这种振动会传递到阀门位置反馈装置的传动连杆(图3)，产生的外力作用在连杆上，且这种外力在连杆的一个径向面上，方向会发生变化。阀门在机组运行期间是长时间全开运行的，这就使阀门位置传动装置的传动连杆受外力影响，产生金属疲劳，一段时间后传动连杆会发生断裂。

图3 位置反馈装置与阀门连杆示意图

在装的6台阀门中，共发生十余次连杆断裂现象，属于共性原因，并非是偶然发生：

3 原因分析

将断裂的连杆进行检测分析，结论如下：连杆材料的化学成分和室温拉伸性能满足 022Cr17Ni2Mo2 标准要求，微观组织为形变孪晶奥氏体和少量条带状铁素体，同时含有少量非金属夹杂， 硬度处于棒材标准硬度上限。连杆断裂性质为双向弯曲疲劳断裂。分析认为，连杆材质不是导致疲劳裂纹的萌发和扩展原因。造成此次疲劳失效的原因有：a）外因方面，由于阀板长期处在全开状态，流体经过时对其构成了持续激扰，这是引起疲劳失效的交变载荷来源；b）内因方面，连杆沟槽根部缺少过渡倒角引起应力集中，为疲劳开裂提供了敏感源。

因此阀门阀板受管道中紊流冲击，带动阀杆振动，在阀杆与位置反馈连杆连接处行形成了一个外力，是导致位置反馈连杆金属疲劳至断裂的主要原因。

4 改进方向

4.1 消除阀门阀杆振动

分析出位置反馈连杆断裂的主要原因是管道中紊流冲击阀门阀板导致阀杆振动，因此首先考虑的是如何消除阀门阀杆的振动。在与机械阀门专业以及设计方讨论后，结论为现阶段无法通过简单措施消除管道内紊流现象。

4.2 消除位置反馈装置端部受到的外力

    考虑到本事例的结果均为位置反馈连杆断裂，可通过对反馈连杆进行改造，消除位置反馈装置端部受到的外力，增加连杆的抗振能力，使其在这种环境中保持其功能。

5 实施方案

    最终方案确定通过改造位置反馈装置连杆解决连杆断裂问题。在连杆的端部（与阀门相连侧）增加万向节（图4），通过万向节的结构特性消除阀门阀杆作用于位置反馈连杆上的力。

图4 改造后的连杆

万向节的结构和作用有点像人体四肢上的关节，它允许被连接的零件之间的夹角在一定的范围内变化。改造后的连杆通过万向节吸收阀门阀板位移对连杆产生的力，降低连杆疲劳断裂的概率。

6 使用效果

现场将阀门2A、2B、2C更换为连杆优化后的位置反馈装置，安装后阀门功能正常，阀门阀杆的振动传递到位置反馈连杆的力通过万向节消除，保证了循泵出口蝶阀正常稳定运行，为电站提供稳定的冷源保障。

参考文献

［1］广波,吴兴,朱生学,水电站闸门充水阀阀杆断裂原因分析[J].智能建筑与工程机械,2019,1(7)

［2］陆培文，实用阀门设计手册[M].北京.机械工业出版社,2002

［3］徐淳,蝶阀参数化设计系统开发及优化设计[D].沈阳:东北大学,2009