陈洪涛 单 健 王 凯

内容摘要：在设计基准事故工况下，确保核电站系统正常运行，功能实现，是核电站安全的保障。远传阀门执行机构是一套机械传动机构，它可以将阀门驱动端的力矩传递到阀门本体。通过设置远传阀门执行机构，丰富阀门操作方式多样性，增强阀门启闭可靠性，保障系统功能实现。同时，通过执行机构，可以有效降低运行人员所受辐照剂量，为阀门操作、检修提供空间、核电站用阀门远传执行机构的设计研究对三代核电站阀门可靠性的安全保障具有重要意义。

关键词：核电站;远传阀门;执行机构

作者简介：陈洪涛，男，黑龙江人;南华大学，中国核电工程有限公司工程师;研究方向:核电工艺布置设计单健，男，南华大学教授;研究方向:辐射测量与防护

王凯，男，山东人;中国核电工程有限公司工程师;研究方向:核电工艺布置设计

一、研究背景

自二十世纪八十年代至今，我国的核电已经历了三十多年的发展。在此期间，我国核电发展的战略主要以引进吸收为主，先后从法国、俄罗斯、加拿大、关国等核电大国引进技术，再逐渐吸收转化。福岛核事故发生后，具有更高安全性的三代核电技术逐渐替代二代核电技术。如何在设计基准事故、甚至超设计基准事故工况下，确保系统功能的实现，从而保障核电站及时有效的响应，是核安全更高的要求。

核电站阀门远传执行机构作为核岛阀门的一种操作形式，通过机械机构对阀门进行远距离操作，丰富了阀门操作的多样性，提高了阀门启闭的可靠性，为系统功能的实现，提供了有效的保障。

二、国外研究现状

目前国际上主流核电堆型，如关国的AP1000、法国EPR等核电技术远传阀门技术各不相同。各堆型此项技术分析如下:AP1000堆型，主要通过延长阀杆的方式，实现阀门的远程操作。机构形式简便，经济性强，但不适用于较为复杂的厂房条件;EPR堆型采用机械传动结构设计，针对各类厂房环境进行设计，厂房适用性强。

三、机构功能

(一)辐射防护。核电站对运行人员的辐射防护有着很高的要求，核电法律法规要求也日趋严格。运行人员的辐射防护作为重要内容，应当通过多种渠道加以重视。阀门远传执行机构的首要功能就是通过机械机构，在低放射性区域对高放射性区域内阀门进行操作，从而明显降低运行人员受辐照剂量。

(二)操作方式多样性。核电站系统功能的实现，是电站安全运行的基本保障。核电站阀门操作形式，主要有电动、气动和手动等方式。在此基础上引入远传执行机构，增加阀门操作形式的多样性。提高阀门启闭可靠性，从而保障系统功能的实现。

四、设备分级

远传阀门执行机构是非承压设备，它不直接执行安全功能，但其可能导致有安全功能的阀门不能动作。根据RCC -M2007《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》对机械设备的要求，执行机构的设备分级与所匹配的阀门相对应。

五、远传阀门设计研究

(一)远传阀门的设计选择。核电站远传阀门的设计选择应综合考虑放射性防护要求、房间布置要求等情况。放射性防护设计要求严格控制高放射性区域运行人员进出的次数和驻留时间，因此设计在较高放射性剂量区域且有操作要求的阀门，应通过设计远传执行机构，达到控制操作人员接受辐射剂量的口的。特殊地，某些房间因为物项较多，空间紧张，不利于阀门的安装、操作，可通过设置远传执行机构，将阀门的操作位置转移到临近的、便于操作人员动作的地点。

(二)阀门远传执行机构设计分析。根据远传阀门所就位房间及邻近区域的放射性分区，结合厂房布置设计等因素，选定适合阀门操作的位置。远传阀门的操作位置的选择应考虑以下几点:阀门控制点所在房间辐射剂量满足辐射防护设计要求;阀门控制点所在的位置，应易于操作人员快速抵达、动作和检修。

六、阀门远传执行机构设计研究

阀门远传执行机构的设计应考虑下述三个方而:

一是阀门远传执行机构力矩输入端与阀门手柄、气动头或电动头连接，其机械接口的设计应与阀杆匹配良好;

二是阀门远传执行机构力矩输出端与阀门本体连接，其机械接口设计应与阀门本体相匹配;

三是阀门远传执行机构贯穿建筑墙体、结构楼板部分，应设置贯穿金属套筒，为了起到辐射防护的作用，应设计射线防护插塞。 

  (一)设计总体要求。阀门远传机构在工作环境下应可靠运行。设计时除考虑阀门的启闭力矩、传动效率外，传动系统结构设计还应综合考虑建安公差、阀门所在管道热位移、机械机构自重、地震荷载等因素的影响。手动阀门执行机构的轴系强度至少按照阀门启闭(密封)力矩的2倍进行考虑，在强度试验时也按照这个力矩值完成试验。电动和气动阀门远传机构的强度力矩值还应综合考虑电动和气动执行机构力矩，并在强度试验时也按照该值进行试验。阀门远传机构无论贯穿结构墙或是结构楼板，贯穿部分应能满足房间之间的辐射防护设计要求。穿墙(楼板)机械传动轴应留有补偿土建公差的设计裕量。传动座:座内应有主轴结构，它与阀门驱动器连接，接口设计应与阀杆相匹配，应指示阀门启闭位置。阀门连接座:考虑提高传动效率的同时应有效地与阀门连接，其设计接口尺寸与阀门匹配度良好。针对闸阀，应考虑阀杆提升高度对机构运行的影响。因此连接座转轴可选用空心轴。万向联轴节:通常组对使用，用轴套在联轴节中间连接，可吸收横向位移，在两个平行轴线之间夹角量应不大于20。中间轴要有足够的长度，用来补偿安装公差和管道热位移量。轴承和转向机构应填充耐辐照润滑油。

互换性:相同型号规格及相同等级的远传阀门执行机构，其对应的零部件应具备互换性。整套远传阀门执行机构的设计结构应便于拆装和维修。阀门远传机构的设计还应根据布置空间条件，满足预留洞施工安装方式。

(二)远传阀门执行机构设计。根据远传阀门临近区域的辐射分区和管道、设备布置情况，选择阀门执行机构控制位置，完成执行机构总体型式设计;根据阀门开闭力矩，以及驱动端输入力矩，结合执行机构组成部件，进行机构型式计算。选定联轴器、花键、转向器、传动轴等部件结构尺寸参数。根据阀杆和驱动端接口尺寸，设计机构接口结构型式;根据执行机构贯穿土建结构情况，设计贯穿墙体、楼板套筒、法兰连接件、机构支撑型式。如有辐射防护要求，还要选用射线插塞。射线插塞的规格选择，应根据贯穿房间的放射性剂量而定。

七、核电站远传阀门执行机构实例

安全注入系统安全壳外隔离阀及其所在房间具有一定的放射性，根据辐射防护设计要求，将隔离阀设置为远传阀门，并设置射线插塞，通过执行机构远程操作阀门，降低了运行人员受辐照剂量，同时有效控制放射性物质的外泄。目前国内在役核电站都设置了移动式柴油发电机组，作用是避免应急事故后由于丧失交流电源，导致电站安全功能设施无法启动运行。移动式柴油发电机的一种补油措施，就是通过场内的应急柴油发电机组主油罐进行补油。应急柴油机供油阀门的操作点要便于人员到达，且方便操作，因此设置了供油阀门远传执行机构，控制点设在应急柴油发电机厂房士0.00m大厅，起到响应迅速，操作方便的口的。

八、设计研究结论

核电厂远传阀门执行机构的常见型式，根据厂房布置空间条件，主要分:直线型、L型、Z型和W型。型式多样的阀门远传执行机构，能够满足核电厂不同厂房布置条件。通过设置远传阀门执行机构，有效降低了操作人员受辐照剂量，同时方便运行人员操作、检修。