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压水堆核电系统中，稳压器是对一回路进行压力控制和超压保护的重要设备［1-7］。在机组正常运行及瞬态工况下，稳压器喷淋系统与电加热器配合，共同执行一回路压力控制功能。根据喷淋水来源不同，稳压器喷淋系统可分为主喷淋和辅助喷淋。其中，主喷淋管线有两条，由分别连接至两条冷管段的管线组成，每1列稳压器比例喷雾阀上游与主管道冷段连接，下游两条支管到稳压器前连成一条共用喷淋母管后与喷淋管嘴相连。稳压器比例喷雾阀为主喷淋管线上的最重要设备，也是核电站系统中唯一的核安全1级控制阀［8-12］。
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在二代及早期核电机组中，稳压器比例喷雾阀均采用气动V型球芯式控制阀。
在三代核电华龙一号技术路线引入新的设计理念，安全壳内减少气源，稳压器比例喷雾阀采用电磁驱动型控制阀［13］。
两种技术路线下的稳压器比例喷雾阀的主要技术指标要求如表1所示。
技术参数 三代稳压器比例喷雾阀 二代及早期核电稳压器比例喷雾阀 驱动机构型式 电磁驱动 气动 核安全等级 1级 1级 RCC-M等级 1级 1级 RCCE等级 喷淋阀K2/控制器K3 NC 抗震等级 SSE1（可运行性） 1I（完整性） 设计压力/（MPa.g）/温度/℃ 17.13/360 17.13/360 公称直径DN/mm 100 100 最大压差/MPa 0.5 0.5 开启时间/s/关闭时间/s ≤2/5 ≤3 调节特性 线性 等百分比 允许阀座泄漏率 Ⅳ级 ANSI FCI 70-2 Ⅳ级ANSI FCI 70-2 Table 1.
Comparison of main technical parameters of the two proportional spray valves -
目前核电市场普遍使用的气动V型球心式稳压器比例喷雾阀主要为F公司产品。阀门整机由阀门本体、气动执行机构和控制系统三部分组成。其中，阀门本体采用锻造阀体，阀芯流量调节部分采用V型球心，阀杆采用石墨填料密封结构。气动执行机构采用薄膜式，气源控制系统回路由电磁阀、定位器、过滤器、放大器、电气转换器、气体储罐等部件组成。通过系统为执行机构配备动力气源，在接收系统4~20 mA的控制命令后，经电气转换器、定位器等实现阀门开启和关闭操作及比例调节控制功能。阀门调节特性为等百分比形式，满足阀门小开度工况下的流量调节需求。在阀门阀杆的开、关位置分别配备限位开关，以满足系统信号反馈和阀门控制要求。
近年来，国内部分调节阀厂家也陆续开展了该类阀门的国产化研发，但目前只实现了阀门本体和气动执行器的国产化研发，阀门气控回路所需的配套电仪部件（如电磁阀、定位器等）仍旧依赖进口。
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三代核电华龙一号的稳压器比例喷雾阀为电磁驱动截止型控制阀，现有核电市场供货产品为F公司的Y型结构电磁驱动控制阀。阀门由上部电磁驱动执行器、下部阀门本体和外接电仪控制柜三大部分组成。阀体本体采用整体锻造结构，阀体上部为配套的电磁驱动执行机构，阀芯调节部分采用截止型阀芯结构。阀门动作过程中，通过电仪控制系统向电磁驱动执行器输入4~20 mA的电流信号，转化为电磁驱动力并带动阀芯的上下运动，实现阀门的开关动作和调节功能。阀门位置反馈和调节通过电磁驱动执行器内置的位置反馈装置实现，无需外接阀杆限位开关或阀位指示器。
1.1 主要设计参数
1.2 气动V型球芯控制阀
1.3 电磁驱动角式控制阀
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气动V型球芯比例喷雾阀采用传统的填料密封结构。电磁驱动比例喷雾阀采用整体屏蔽型结构，无填料密封，实现了无外漏技术。因此，电磁驱动比例喷雾阀的密封结构相比气动V型球芯比例喷雾阀更为安全可靠。
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对比电磁驱动型和气动驱动型比例喷雾阀的产品实际测试参数，两种比例喷雾阀的实际动作时间均满足设计要求，均可实现系统快速响应要求。
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对比两种比例喷雾阀设计方案和产品实际结构尺寸、重量等如表2。通过对比分析可知，电磁驱动型比例喷雾阀结构更加紧凑，整机高度仅和重量仅为气动V型球芯式比例喷雾的一半重量。因此，采用电磁驱动型比例喷雾阀更方便于系统管线布置。
技术参数 电磁驱动比例喷雾阀 气动V型球芯式比例控制阀 最大外圆周/mm 442 473 高度/mm 802（无手轮） 1 610（含305手轮） 重量/kg 197 380 Table 2.
Comparison of main interface dimensions of the two proportional spray valves -
气动V型球芯比例喷雾阀，阀杆密封采用填料结构，需要定期更换填料，且气源控制回路所用电气附件较多，包括定位器、电磁阀、过滤减压阀、放大器、锁气器等气源管路电气附件，均需要在机组在役期间进行定期的检测和维修。
电磁驱动比例喷雾阀的阀门本体和执行机构采用无填料密封结构，无需定期更换非金属填料且可实现无外漏。阀门控制系统主要由控制柜配合电磁驱动执行器实现，减少了外接电仪部件的定期检修工作和维护成本，但需定期进行控制柜的响应特性的检测和维护。
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从整机的研发成本分析，两种型式的比例喷雾阀均需进行阀门本体、执行机构和控制系统（主要是配套电仪控制部件）的研发。
近年来，依托国家科技重大专项，国内主要核电控制阀制造企业已成功研发出气动V型球芯比例喷雾阀阀门本体和气动执行机构，通过配套进口的电仪部件，已完成整机的鉴定试验。从长远来看，若需彻底解决卡脖子问题，还需进行气控回路的电仪配套件的研发，因此，当前的研发难度和成本主要在于电仪配套件。目前，国内部分企业已启动相关研发工作，预计在未来几年会有望实现定位器、电磁阀、锁气器等全部电仪配套件的研发，进而实现气动V型球芯比例喷雾阀整机的完全国产化。
电磁驱动比例喷雾阀的应用是三代核电引入的新技术，国内缺乏此种比例喷雾阀的经验数据，即使放眼全球市场目前仍属于垄断供货状态，因此整机研发的技术难度相对较大。其研发过程的主要技术难点在于为阀门本体配套的电磁驱动执行机构和控制柜，包括比例电磁铁的设计和制造、比例电磁伺服控制系统的设计和制造以及耐高温型位移传单器的设计和制造等，同样需要具备丰富经验的电磁阀专业厂家及控制柜、位移传单器等专业厂家一起联合研发。
2.1 密封性
2.2 动作性能
2.3 接口性能
2.4 运行维护便利性
2.5 研发技术难度和成本
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气动V型球芯比例喷雾阀属于早期及二代核电等传统的喷雾阀，市场供货和应用相对成熟；电磁驱动型比例喷雾阀属于三代核电创新技术；两种结构型式的比例喷雾阀适用的技术路线不同，但均可实现核电站稳压器系统所需的喷淋控制功能。因此，用户可根据核电厂的技术路线和具体需求选择相对适宜的产品。
在未来新建核电市场中，由于电磁驱动型比例喷雾阀采用电磁驱动原理，实现了在核岛内无气源的状态下的快速响应和控制功能，避免内置气源储罐带来的超压危险，因此拥有电动及气动控制阀不具备的优势，预计将有较广阔的应用前景。
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项目名称 国家科技重大专项资助“高温高调节性能电磁驱动角式控制阀”（2019ZX06004014）
承担单位 中广核工程有限公司
项目概述 高温高调节性能电磁驱动角式控制阀项目结合当前三代先进压水堆核电机组对稳压器喷雾阀的技术要求及稳压器喷雾阀在系统中所执行功能要求，开展高温高调节性能电磁驱动角式控制阀的研制技术要求及鉴定要求研究和高温高调节性能电磁驱动角式控制阀的详细设计、制造、鉴定技术研究工作，完成高温高调节性能电磁驱动角式控制阀的样机制造以及样机的全部鉴定工作，实现高温高调节性能电磁驱动角式控制阀的自主化、国产化和产业化。
主要创新点 （1）耐高温、高精度、具有补偿功能的平衡弹簧阀芯系统设计；（2）核安全1级无外漏整体式高强度屏蔽套制造技术；（3）耐高温、耐高辐照环境的电磁驱动设计。
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