介紹了CPR1000核電站小修期間發生的電動截止閥閥桿扭曲過程和現況，分析了電動截止閥閥桿扭曲的原因，并對閥門參數及結構型式進行調整和改進，解決了電動截止閥閥桿扭曲問題。

1、概述

　　在某CPR1000核電站小修期間發現4 臺非核級電動截止閥閥桿扭曲，直接導致閥門無法操作，喪失了在管線中關斷及導通介質的功能，從而導致相應系統失去部分功能，對核電站正常運行產生一定影響。為便于閥桿扭曲原因分析和避免造成更大損失，及時對閥門前期運行情況進行了解，并對閥門進行拆解。4臺閥門在運行過程中均存在卡塞、填料泄漏的現象，扭曲事件發生后將閥門拆解，發現閥桿光桿部分均出現不同程度的磨損。這4 臺電動截止閥的型號分別為J961Y160-32/40P (3 臺) 及J961Y150-50/65P(1 臺) ，閥門進出口的連接方式均為焊接連接，且電動裝置與閥桿均為四方式連接結構。

2、原因分析

　　電動截止閥的結構一般包括電動執行機構、閥體、閥蓋、閥桿、閥瓣和填料等部件。其中電動執行機構通過一定的連接方式與閥桿上端連接，并傳遞力矩以并帶動閥桿做上下運動，由于閥桿下端與閥瓣連接，帶動了閥瓣上下運動，從而實現閥門啟閉功能。結合電動截止閥結構特點以及4 臺閥門拆解后觀察到的實際狀況，經分析認為導致閥桿扭曲故障的可能原因有幾點。

　　2.1、閥桿材質

　　閥門的閥桿設計材質均為12Cr13，閥桿的原材料應符合標準要求。經化學成分分析及力學性能試驗，真空技術網(http://203scouts.com/)認為閥桿化學成分和力學性能均滿足標準要求。

表1 化學成分Wt%

表2 力學性能N/mm²

　　2.2、閥門結構

　　目前國內成熟電動截止閥的結構設計按電動裝置與閥桿連接方式劃分，主要有夾板式、銷釘式、平鍵式或四方式。

　　(1) 由于其位置布置關系，夾板式主要用于口徑為DN65 以上的閥門。

　　(2) 銷釘式和平鍵式一般用于DN50 以下口徑閥門，真空技術網(http://203scouts.com/)認為銷釘式的銷軸較小，且其位置在閥門支架上，布置的空間也不大，存在剪切破壞的風險。

　　(3) 四方式與傳統手動截止閥的結構類似，閥桿與閥桿螺母直接配合，電動裝置帶動閥桿螺母旋轉，使閥桿作升降且旋轉動作。其優點是結構緊湊，缺點是由于受閥桿與閥蓋安裝間隙機加工的精度以及同軸度等原因的影響，為保證閥蓋密封性能需壓緊填料，因此填料會受閥桿升降和旋轉的雙重作用，導致填料與閥桿摩擦力較大。并且，在閥瓣出現卡阻的情況下，閥桿和閥瓣之間可能存在相對轉動，并由此可能造成閥桿、閥瓣T 形槽配合部位出現磨損。四方式結構是廣泛應用于電動截止閥的成熟連接結構設計(圖1) 。

圖1 電動截止閥

　　2.3、電動裝置

　　電動截止閥均配套國外IQ 系列電動裝置。閥門在設計計算后參照力矩值選擇合適的電動裝置，其額定力矩依次為81N·m(IQ12) 、108N·m(IQ18) 。閥門計算力矩為35N·m，選擇額定力矩為81N·m 的電動裝置，如果設定過大電動裝置輸出力矩，則可能會造成閥桿四方根部受力過大，致使閥桿扭曲、甚至斷裂。

　　在閥門制造及使用過程中，電動裝置力矩設置過大，可能發生填料壓蓋緊固力矩過大的情況。

　　(1) 產品出廠時填料壓蓋緊固力矩過大。在進行閥體強度試驗時，為保證中腔的壓力(公稱壓力的1.5 倍) ，需要用較大的力矩壓緊填料壓蓋。但在閥門上密封試驗時，則需把填料壓蓋緊固螺栓的力矩下調以驗證閥門上密封。但往往是閥體強度試驗后就直接開始實施上密封試驗，而未按工藝要求下調填料力矩，導致閥門最終出廠時填料力矩過大，因此需要調整電動裝置輸出力矩才能開啟。

　　(2) 閥門外漏后上調填料力矩。運行過程中，旋轉升降結構容易導致閥門填料處輕微外漏。出現外漏時，通常采取加大填料壓蓋活節螺栓力矩的方式保證密封。加大緊固力矩會增加閥桿與填料的摩擦力，由于四方結構閥桿在上下運動時，同時沿軸向旋轉，閥桿與填料將反復摩擦，造成閥桿光桿處磨損。閥桿磨損又加劇填料處的泄漏，最終必須不斷加大電動裝置輸出力矩以啟閉閥門。

　　2.4、原因確定

　　閥門分解后，發現除了閥桿四方根處扭曲外，4臺閥門的閥桿光桿部分也存在不同程度磨損，同時閥桿與閥瓣T 形槽配合部位出現輕微磨損(圖2) 。初步判斷，閥桿四方處扭曲的根本原因為受力過大，其主要原因為閥門結構設計不合理，導致閥桿在做升降運動時同時旋轉，增大閥桿與調料摩擦力。另外，產品出廠時填料壓蓋力矩設置過緊或現場調整力矩不合理，導致電動裝置輸出力矩增大。

圖2 四方式連接結構

3、結果驗證

　　根據分析結果及時制定了糾正措施，并取得相應效果。

　　3.1、量化力矩值

　　與供應商澄清電動裝置力矩值，并固化指導性文件，現場在運行過程中嚴格執行。

　　(1) J961Y160-DN32/40填料緊固力矩允許調整范圍為13.3～17.5N·m，電動裝置調定力矩允許調整范圍為32.4～48.6N·m( 額定力矩81N·m的40% ～60%) 。

　　(2) J961Y160-DN50/65填料緊固力矩允許調整范圍為15.4～20.3N·m，電裝調定力矩允許調整范圍為70.2～81N·m( 額定力矩108N·m 的65% ～75%) 。

　　3.2、優化結構

　　(1) 調整電動裝置與閥桿的連接方式，新的結構將采用導向鍵連接(圖4) ，閥桿只升降不旋轉。僅需將閥門上部支架、閥桿、閥桿螺母等進行改造或更換，支架上部接盤處增加注潤滑油嘴，該改造可以在線實施。

　　(2) 新結構的閥門送到第3 方泵閥產品質量監督檢驗中心進行1500次帶壓壽命試驗，結果合格。

　　(3) 在同型號閥門的運行維護手冊、圖紙中重新核實并明確填料壓蓋螺栓擰緊力矩值及范圍，并增加對電動裝置力矩設置、調整范圍的詳細描述。

　　3.3、排查及處理

　　(1) 對不同核電站項目同類閥門進行全面排查，共排查出14 臺問題閥門。型號分別為J961Y150-32/40P、J961Y150-50/65P、J961Y50-40/50P，閥桿與電動裝置連接結構均為四方式。

　　(2) 針對以上類型閥門全部實施優化改進，規范文件，優化閥門結構。

　　3.4、處理結果

　　閥桿扭曲事件按上述措施處理后，目前該核電站有多臺機組已商運或具備商運條件，改造后的同型號閥門使用效果良好。并且其他型號的閥門出現類似問題時，借鑒同樣處理方式進行結構改造后，均使用良好。

圖3 導向鍵式連接結構

4、結語

　　對于CPR1000核電站電動截止閥，建議電動裝置與閥桿連接采用導向鍵的結構，使閥桿只升降不旋轉。該結論為實踐中的經驗，可參考相應分析方法處理項目上閥門相應問題，設計及制造同類型閥門。