张 贤 花柳鹏

（1.国核电力规划设计研究院有限公司，北京 100094；2.国核示范电站有限责任公司，威海 264300）

常规岛热力系统是“热能-电能”转换的主系统。蒸汽从蒸汽发生器产生后，通过主蒸汽和旁路系统进入常规岛，在汽轮机中做功后被冷凝成凝结水，并通过凝结水系统输送至除氧器进行热力除氧，最后通过给水系统送回蒸汽发生器完成汽水循环。文章中的常规岛热力系统的凝结水主调节阀在二回路的主要热力系统里有调节液位和保护给水泵等关键作用，可以控制整个二回路热力系统的关键设备。

目前，CAP1400常规岛多数凝结水系统主要包括1台三壳体的凝汽器、3台50%容量的凝结水泵、4级低压加热器、1台除氧器、调节阀以及相关的系统仪表[1]。凝结水系统设3台50%容量的凝结水泵。在正常负荷运行下，2台泵工作，另1台泵处于自启动的备用状态。凝结水系统通过凝结水母管上的凝结水主调节阀调节除氧器的主凝结水流量。

在机组启动或者低负荷运行阶段，凝结水流量小于额定值，凝结水主调节阀自动调节水流量，保证最小流量值的凝结水量可以通过凝结水泵和轴封加热器带走凝结水泵运转产生的热量，避免凝结水泵发生汽蚀，并保证汽轮机轴封漏气在轴封加热器内的正常凝结[2]。机组运行期间，凝结水主调节阀因某些故障原因被调小，将会出现凝结水流量减少、除氧器液位降低以及功率波动等异常情况，影响机组的安全运行[3]。凝结水主调节阀的性能会影响核电机组凝结水系统的稳定运行。尽管我国的阀门设计、生产和实验已经具备一定基础，取得了一定成绩[4]，但核电装备阀门行业的设计制造水平仍落后于发达国家，各类阀门的可靠性和配套能力与国际水平仍有一定差距。目前，我国大型关键阀门仍依赖于国外进口。

本文根据阀门的设计方案，提出针对常规岛凝结水主调节阀和执行机构的制造技术。

1 铸件铸造工艺控制

阀体铸件铸造时容易产生缩松、夹渣以及气孔等缺陷。为满足质量要求，需进行铸造工艺的合理优化研究。铸造时采用氩氧脱碳法（Argonoxygen Decarburization，AOD）精炼，严格控制型砂、熔炼浇注及热处理等工艺参数，并制定气孔、掉砂、夹渣及粘砂缺陷的预防和补焊措施。

2 零部件热处理

为避免热处理过程中出现温度不够、加热时间过长或过短影响材料组织和性能的问题，通过计算机和热电偶控制热处理的温度和时间，保证材料热处理参数符合热处理的工艺要求。

2.1 凝结水主调节阀的阀塞部件加工

阀塞部件由阀杆和阀塞组装焊接而成。该部件组成基材类别为S20910+630。阀塞配细长型阀杆，当紧固连接螺纹孔与阀塞定位导向孔不同心时，容易导致整个部件精度严重超标。阀杆表面的硬度和耐磨性会影响阀门填料密封的使用寿命和可靠性。若阀杆相对阀塞产生轴向偏摆（0.4～2.0 mm），则引发整机泄漏超标。因此，需要通过以下工艺保证其制造精度。

2.1.1 阀杆表面硬化处理

阀杆的材质为S20910，有着强度高和加工性能好的优势，但是本身硬度不高，通常小于35 HRC。预加工后采用Ni50合金对阀杆表面进行热喷涂，喷涂厚度为0.75 mm。经车削和精磨后，可以满足阀杆同轴度Φ0.03 mm的要求，并使阀杆与填料密封接触面表面硬度达到50 HRC，防止阀杆与填料接触的密封配副表面经长期使用后出现磨损和拉伤现象。

2.1.2 阀塞部件轴肩定位装配及同轴度加工

阀塞部件由阀杆和半成品阀塞组成。两者采用螺纹进行连接，采用氩弧焊焊接紧固。焊接热量会导致阀杆的变形偏心。为防止产生这种现象，在装配设计上以阀杆轴肩定位，保证阀杆垂直于阀塞，减少基准面，提高阀杆的垂直度。在加工阀塞部件时，设有专用轴向定位工装，保证装夹和轴向受力均匀，避免产生径向夹持变形和径向夹持应力，使得整个部件加工尺寸和精度完全可控，大大提高了部件的加工效率和精度。

2.1.3 阀塞部件导向面光整

为满足阀塞部件导向表面粗糙度的设计要求，阀塞采用“半精车+精车+光整”工艺，利用电致伸缩辅助设备进行表面光整工艺，抗振动性好且不受温度、湿度以及机床电流忽变的影响，同时能提高工件的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性能。

2.2 凝结水主调节阀节流组件加工

2.2.1 阀杆表面硬化处理

套筒部件的加工重要且复杂。它的加工精度直接关系阀门整机的流量特性。各层套筒节流小孔的位置和角度形位公差的要求较高，孔数量多，且孔径和深度不同，加工难度大。采用五轴数控加工中心一次装夹，每道工序建立三维模型编程完成加工，保证孔系角度形位公差，避免二次装夹，提高了加工效率。

2.2.2 套筒部件圆周分段焊接

各层套筒预加工完成后，经过480 ℃±5 ℃的沉淀硬化热处理，尺寸会发生一定变化。此外，组装焊接也会导致零件变形。为保证套筒部件最终的设计尺寸，各工序间均留有余量。需要注意，要防止余量不足导致整个零件报废。但是，多道工序的余量累积会出现加工困难和效率低的问题。运用圆周均匀分段氩弧焊的焊接方案（焊接方式如图1所示，焊接角度如图2所示），可以减少阀塞部件的焊接变形，避免拉裂发生。

图1 焊接方式

图2 焊接角度

2.2.3 套筒部件深孔磨削

套筒内孔磨削的加工工艺可以实现其导向面尺寸精度和表面粗糙度的要求。DN500凝结水调节阀套筒部件的内孔Φ500 mm、孔深348 mm。精密的孔系结构增加了磨削加工难度。设计专用轴向工装装夹，在立式数控磨床设备中依据工件尺寸精度、磨削量、磨削深度预磨削、基材、硬度以及设备等进行综合分析，修正程序并固化磨削的主要参数，如表3所示。设备坐标轴简图，如图4所示。经过多次磨削和抛光，加工至图纸要求的设计尺寸。

表3 磨削加工主要参数表

图4 设备坐标轴简图

3 样阀整体装配工艺

根据阀门设计方案和制造技术的研究，完成了样阀的图纸设计。制造过程中解决了多重套筒孔系高效加工、焊接变形控制、阀杆表面硬化以及节流组件深孔磨削等工艺难题，完成了凝结水气动主调节阀本体和执行机构的1∶1实物样阀制造及装配[5]。凝结水主调节阀实物样阀，如图5所示。

图5 凝结水主调节阀实物样阀

4 结语

基于技术方案制造的凝结水主调节阀，已经通过中国机械工业联合会与中国通用机械工业协会组织的样机鉴定会的鉴定评审，并取得了由中国机械工业联合会颁发的《“凝结水主调节阀”科技成果鉴定证书》。常规岛凝结水主调节阀具有自主知识产权，各项性能指标已达到国际同类产品的先进水平，可在CAP1400/CAP1000及其他核电站上推广应用。该研究将全面推进常规岛热力系统关键阀门的国产化进程，为实现国产阀门批量化生产、降低阀门设备采购成本和核电站造价提供保障[6]。在提高核电站经济性的同时，它降低了国内对国外同类产品的技术依赖，有利于提高国内制造行业的整体技术水平和管理水平，增强国际竞争力，为实现核电技术自主化的总体目标提供支撑。