Experimental Research of Valve Tightness at Different Closure Forces

Abstract

plants performing the functions of regulation and shutting off the flow, so its failure often leads to emergencies. A particularly large number of failures is observed in motor-operated valves. Incorrect setting of the limiting clutch leads either to incomplete closure of the valve or to rod failure. Therefore, the valves are equipment of a nuclear power plant, which often falls into repair shops. Failures leading to an increase of valve leakage are especially dangerous for nuclear power plants. In this case, leakage of high-pressure valves leads to erosion of the sealing surfaces, which only increases the leakage. Thus, it is very important to determine the optimum rotational value when the valve is closed. The lack of conditions for closure force in the standards for valve leakage complicates the issue. A bench that allows working in the air with a pressure up to 3.5 MPa was developed on valve rod to study dependence of valve leakage on the rotational moment. Four independent parameters were measured: air pressure in front of the valve under study, closure force of the valve, volume of air loss through the valve and leakage time. A standard stop valve with a nominal diameter of 15 mm and a nominal pressure of 64 atm was used for the study. The determined dependence of the leakage on torque value allows recommending a gentler mode of valve closure without significantly reducing its tightness. As a result of experimental data processing, a criterial equation is obtained linking a leakage rate, pressure drop on the valve and a rotational moment value. The received criterial equation will allow defining the compromise between valve closure force and permissible leak level according to regulatory requirements. The analysis of the “leakage/rotational moment” diagram showed the possibility to reveal the damaged valves. This possibility may be used during the incoming inspection of the valves supplied to NPP, which should significantly improve the reliability of their operation.

Силовая арматура установлена практически на всех трубопроводах АЭС, выполняя функции регулировки и перекрытия потока, потому ее отказ часто приводит к аварийным ситуациям. Особенно большое количество отказов характерно для электроприводной арматуры. Неправильная настройка предельной муфты приводит либо к неполному закрытию арматуры, либо к поломке штока. Поэтому арматура является тем оборудованием АЭС, которое чаще всего попадает в ремонтные мастерские. Особенно опасны для АЭС поломки, приводящие к увеличению утечки арматуры. При этом протечка арматуры высокого давления приводит к эрозии уплотнительных поверхностей, что в свою очередь только увеличивает протечку. Таким образом, очень важно знать оптимальное значение крутящего момента при закрытии арматуры. Усложняет проблему отсутствие в стандартах на протечку арматуры условий на усилие ее закрытия. Для исследования зависимости протечки арматуры от крутящего момента на ее штоке был разработан стенд, позволяющий работать на воздухе с давлением до 3,5 МПа. Проведены измерения четырех независимых параметров стандартного запорного клапана с условным диаметром 15 мм и условным давлением 64 атм: давления воздуха перед исследуемым клапаном, крутящий момент закрытия клапана, объема потери воздуха через арматуру и времени протечки. Установленная зависимость утечки от величины крутящего момента позволяет рекомендовать более щадящий режим закрытия арматуры без существенного снижения ее герметичности. В результате обработки экспериментальных данных получено критериальное уравнение, связывающее величину протечки, перепад давления на клапане и величину крутящего момента, которое позволит определять компромисс между усилием закрытия арматуры и допустимым уровнем протечки согласно нормативным требованиям. Анализ графика «утечка —крутящий момент» показал возможность определения поврежденной арматуры, что может быть использовано на входном контроле поступающей на АЭС арматуры и существенно повысит надежность ее работы.

Силова арматура встановлена практично на всіх трубопроводах АЕС, виконуючи функції регулювання й перекриття потоку, тому її відмова часто призводить до аварійних ситуацій. Особливо велика кількість відмов спостерігається в електроприводній арматурі. Неправильне налаштування граничної муфти призводить або до неповного закриття арматури, або до поломки штока. Тому арматура є тим обладнанням АЕС, яке найчастіше потрапляє в ремонтні майстерні. Особливо небезпечні для АЕС поломки, що призводять до збільшення протікань арматури. При цьому протікання арматури високого тиску призводить до ерозії поверхонь ущільнювачів, що свою чергу тільки збільшує протікання. Таким чином, дуже важливо знати оптимальне значення крутного моменту при закритті арматури. Ускладнює проблему відсутність у стандартах на протікання арматури умов на зусилля її закриття. Для дослідження залежності величини протікання арматури від величини крутного моменту на її штоку був розроблений стенд, що дозволяє працювати на повітрі з тиском до 3,5 МПа. Проведено вимір чотирьох незалежних параметрів стандартного запірного клапана з умовним діаметром 15 мм і умовним тиском 64 атм: тиску повітря перед досліджуваним клапаном, зусилля моменту закриття клапана, об’єму втрати повітря через арматуру і часу протікання. Встановлена залежність витоку від величини крутного моменту дає змогу рекомендувати більш щадний режим закриття арматури без істотного зниження її герметичності. В результаті обробки експериментальних даних отримано критеріальне рівняння, що зв’язує величину протікання, перепад тиску на клапані та величину крутного моменту, за допомогою якого можна визначати компроміс між зусиллям закриття арматури і допустимим рівнем протікання згідно з нормативними вимогами. Аналіз графіка «витік — крутний момент» показав можливість визначення пошкодженої арматури, що може бути використано на вхідному контролі арматури, яка надходить на АЕС, і суттєво підвищить надійність її роботи.