核级风道阻压阀创新研究与应用

核级风道阻压阀创新研究与应用

刘悦曹荷涛罗伟强杨建强张沙张庆涛

刘悦曹荷涛罗伟强杨建强张沙张庆涛石家庄阀门一厂股份有限公司050222

摘要风道阻压阀用在核电站排风系统中，当舱室发生破管事故时，风道中沿气流方向会突然出现一股持续冲击压力（此压力≥阀门关闭压力P）,阀门受气体压力自动关闭，以阻止冲击力对阀门后的通风系统中设备的冲击破坏，当这股压力消失后,回复到正常压力（此压力≤阀门的开启压力N）时,叶片靠弹簧力作用自动复位，阀门恢复到开启状态。为了尽快排出事故时管内气体，阀门后面的大风机开启抽气，此时阀门前后压差增大而且超过了阀门的关闭压力，但又不能让阀门关闭。

关键词核电站冲击压力自动复位

一、概述

1、问题分析

风道阻压阀安装于核电站排风系统中。当反应堆正常运行时，阀门处于打开状态。当发生破管事故时，风道中会突然出现一股冲击式持续压力，此时阀门自动关闭。在这股压力消失后，阀门又自动复原到开启状态，由于此阀门要求迅速打开、关闭，技术复杂，安全性能高，所以一直在外国采购，但是在现场使用时发现，当冲击力产生时，它并不能关闭，而且对方也不能提供产品的冲击试验报告，我们要替代国外产品，并解决阀门不能关闭的问题，另外在事故后，风道系统抽取污染空气时，由于反向压力增大，阀门反而关闭了，阻碍了系统正常运行，因此要针对以上情况，需研发可以满足我国核电站风道系统的风道阻压阀。

2、产品分析

风道阻压阀是一种被动式无动力部件的启闭多叶阀门，类似百叶风阀，安装于排风系统中。当反应堆正常运行时，阀门的阀片处于开启位置且呈某一角度。当发生破管事故时，风道中沿气流方向突然出现一股冲击式持续压力，阀片受冲击力自动关闭，以阻止该冲击力对阀门后的通风系统中设备的冲击破坏。在这股压力消失后，阀片靠弹簧力作用自动复位，重新复原到开启状态。

由于此阀门要求迅速打开、关闭，技术复杂，安全性能高，所以一直在外国采购，用德国某品牌产品的居多，但是在现场使用时发现，当冲击力产时，它并不能关闭，而且对方也不能提供产品的冲击试验报告，为了实现国外产品的国产化，并解决阀门不能关闭的问题，特准备开发研制新的风道阻压阀。

二、应用TRIZ创新理论解决关键问题

1、拟采用的解决方案

新式核级风道阻压阀，根据TRIZ理论40个发明原理中的分离原理，把应急保护机构与阀门的正常运行，实行了状态分离，实现了应急状态问题的解决，它包括电动装置和电装摇杆，它启动时起到克服前后压差的作用，使得阀门依然处于完全打开状态，配合事故后的大风机抽出管内的放射气体；

当系统放射性气体排完后，关闭大风机，重新启动电动装置解除电动装置的迫使力，门处于正常的自动复位状态。

2、最终解决方案

根据TRIZ理论40个发明原理中的分离原理，确定最终方案：

1、自动复位系统：在阀门上安装两副弹簧，此弹簧通过连杆将作用力传递到叶片上，当管道中气流产生的一股持续冲击压力（此压力≥阀门关闭压力P）,使阀门自动关闭，随着管道压力逐渐降低，当压力降至正常压力（此压力≤阀门的开启压力N）时,叶片在弹簧力作用下自动打开，阀门恢复到正常开启状态。

2、应急系统：系统有一种特殊状态，此时管道内压力会超过阀门关闭压力P，但又不能使阀门关闭，阀门上的电动装置启动，通过转动摇杆把阀门上的连杆压死，使阀门不会关闭。

三、新型核级风道阻压阀可满足我国核电站需求

新型核级风道阻压阀用在核电排风系统中，当舱室发生破管事故时，风道中沿气流方向会突然出现一股持续冲击压力（此压力≥阀门关闭压力P）,叶片受气体冲击力作用，逆时针旋转角度K后搭接在密封阀座上，关闭阀门，阻止冲击力对阀门后的通风系统中设备的冲击破坏，随着系统压力不断降低,当回复到正常压力（此压力≤阀门的开启压力N）时,弹簧拉动连杆、摇臂、阀杆，带动叶片顺时针旋转，恢复到开启状态。为了尽快排出事故时管内放射性气体，阀门后面的大风机开启抽气，此时阀门前后压差增大会超过阀门的关闭压力P，为了不让阀门关闭，先开启电动装置，使其带动电装摇杆逆时针旋转压住连杆，防止摇臂、阀杆、叶片逆时针旋转关闭，系统放射性气体排完后，关闭大风机，重新启动电动装置，使电装摇杆旋转至向上位置，不在影响连杆的动作，阀门处于正常的自动复位状态。

四、效益分析

1、样机试制成功以后，冲击、运转试验及泄漏量测定，经过清华大学核能技术设计研究院的确认，完全符合核级风道阻压阀规格书的要求，不仅能替代国外产品，而且克服了国外类似产品不能解决应急出现的问题，弥补了国内外空白。

2、该产品的研制成功提高我国在核电行业关键设备的技术研发水平，在创新设计过程中应用了TRIZ创新理论，这为我国的核电设备设计创新提供了经验，提高我国核电站关键装备的研发水平，加快我国核电站关键设备国产化的步伐。

3、目前该产品已经在山东某核电站示范工程形成订货，取得了可观的经济效益。

4、随着此类产品在国内工程中的实际推广利用，产生的经济效益和社会效益将越来越显著。

参考文献

【1】檀润华.《创新设计-TRIZ:发明问题解决理论》.机械工业出版社2002年2月.

【2】蒋雯.《产品创新设计理论与方法综述》.包装工程2010年1月.

【2】杨源泉.《阀门设计手册》.机械工业出版社1995.