□李丕陸 林木營(yíng) 胡建成

安全殼噴淋系統(tǒng)(EAS)是核島專設(shè)安全系統(tǒng)之一，在事故工況(LOCA或安全殼內(nèi)蒸汽管道破裂)下，當(dāng)安全殼內(nèi)的壓力和溫度升高到一定值時(shí)，系統(tǒng)將安全殼內(nèi)的壓力和溫度降低至可接受的水平，以保持安全殼的完整性，是專設(shè)安全設(shè)施中唯一有冷源的系統(tǒng)。其中隔離閥1EAS013、014VB分別位于安全殼地坑與1、2號(hào)安噴泵入口之間，在系統(tǒng)再循環(huán)噴淋階段開啟，安噴泵轉(zhuǎn)為從地坑取水[1]。某核電廠一號(hào)機(jī)組調(diào)試期間，在對(duì)這兩個(gè)閥門進(jìn)行單體試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)閥門的力矩開關(guān)在開啟和關(guān)閉的時(shí)候頻繁跳動(dòng)，導(dǎo)致閥門電機(jī)不斷啟停，閥門無法正常工作，存在一定的安全隱患。

一、閥門基本情況概述

1EAS013VB為W形平行閘板式電動(dòng)閥，配備Velan公司DN400閥體(啟閉力矩80N·m，最小關(guān)閉密封力43059N)，BERNARD公司ST30-92-K3型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(額定電流4.4A，輸出轉(zhuǎn)速92rpm，最大輸出力矩300N·m)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥桿通過閥門遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)(額定扭矩80N·m，極限扭矩300N·m，傳動(dòng)效率大于80%)連接，中間共有3個(gè)90度換向轉(zhuǎn)角，連接示意見圖1。

圖1 閥門遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接示意

1EAS013VB為安全2級(jí)閥門，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作中，使用關(guān)力矩開關(guān)控制閥門關(guān)閉，開限位開關(guān)控制閥門開啟，開力矩開關(guān)設(shè)置有旁路控制(bypass)。

二、原因分析

(一)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。閥門關(guān)力矩開關(guān)設(shè)置在90%(目測(cè))，開力矩開關(guān)設(shè)置在100%位置。在此條件下，對(duì)閥門進(jìn)行多次全開全關(guān)試驗(yàn)和半開位——全關(guān)位——半開位的測(cè)試試驗(yàn)，測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)，在操作信號(hào)控制閥門開、關(guān)的啟動(dòng)瞬間，多次觸發(fā)開、關(guān)力矩開關(guān)動(dòng)作，總結(jié)如下：全關(guān)位時(shí)開閥，雖然會(huì)觸發(fā)力矩開關(guān)動(dòng)作，但是由于bypass旁路0.54S的作用(bypass恢復(fù)前開力矩開關(guān)動(dòng)作無效)，電機(jī)電源不會(huì)被切斷，閥門可正常開啟。若在半開位時(shí)開閥，可檢測(cè)到開力矩開關(guān)被觸發(fā)，切斷電機(jī)電源，但由于開閥控制信號(hào)仍持續(xù)存在，電機(jī)又被重新啟動(dòng)，電機(jī)多次重復(fù)啟動(dòng)后，閥門才能正常開啟。閥門不論在全開還是半開位，關(guān)閥瞬間受到靜態(tài)阻力較大，會(huì)觸發(fā)關(guān)力矩開關(guān)動(dòng)作，切斷電機(jī)電源，使閥門第1次啟動(dòng)失敗，但由于關(guān)閥操作信號(hào)持續(xù)保持，電機(jī)會(huì)再次重新啟動(dòng)。

為進(jìn)一步確認(rèn)電機(jī)啟動(dòng)阻力的來源，將遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)在穿過樓板后與閥門聯(lián)軸器脫開，電裝只驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)，閥門開、關(guān)操作時(shí)，啟動(dòng)瞬間力矩開關(guān)的動(dòng)作情況與連接閥門時(shí)基本相同，多次出現(xiàn)重復(fù)啟動(dòng)的現(xiàn)象。由此推斷電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)之間的配合存在一定的問題，啟動(dòng)瞬間的阻力主要來自閥門遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)。

(二)理論分析。由于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)速為92rpm，初步推測(cè)是由于電機(jī)啟動(dòng)瞬間遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的慣性力矩太大，引起電機(jī)負(fù)載增加，觸發(fā)力矩開關(guān)動(dòng)作。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)連接簡(jiǎn)圖見圖2，其中除L2段，其余各段均有一個(gè)伸縮法蘭式萬向聯(lián)軸器，不考慮連接套對(duì)啟動(dòng)力矩的影響。假設(shè)電機(jī)啟動(dòng)瞬間，在時(shí)間t內(nèi)使電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速92rpm，電裝所需要的啟動(dòng)力矩：

圖2 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)連接簡(jiǎn)圖

其中Mr為遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的慣性力矩，Mq閥門的啟閉力矩，η為遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)相對(duì)應(yīng)部分的傳動(dòng)效率。

以L3段為例，設(shè)轉(zhuǎn)向器中傘齒輪的傳動(dòng)效率為η1，伸縮法蘭式萬向聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率為η2，起始角速度ω0=0rad/s，時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)速達(dá)到92rpm,即：

由ωt=ω0+a(t-t0)可得角加速度a為：

則L3段的慣性力矩應(yīng)為：

考慮從電裝連接處到L3段末端之間有2個(gè)轉(zhuǎn)向器，2個(gè)聯(lián)軸器，其傳動(dòng)效率應(yīng)為：

η=η12η22

對(duì)應(yīng)電裝端所需的啟動(dòng)力矩為：

同理可求得：

1.1 地理位置及交通 公園位于青海省黃南州尖扎縣,北以黃河為界與化隆回族自治縣相鄰,西與貴德縣接鄰,地理坐標(biāo)為101°38′～101°49′E、36°04′～36°10′N,分布面積約154 km2。區(qū)內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)較發(fā)達(dá)，西寧—尖扎—康揚(yáng)—李家峽—坎布拉公路網(wǎng)絡(luò)縱橫交錯(cuò)。

根據(jù)閥門廠家資料，閥門啟閉力矩Mq為80N·m，則對(duì)應(yīng)電裝的啟動(dòng)力矩：

電裝總的啟動(dòng)力矩為：

Md=Md1+Md2+Md3+Md4+Mdq

(1)

根據(jù)機(jī)械手冊(cè)，η1假設(shè)為0.95，η2假設(shè)為0.97。

J1=0.14Kg·m2

J2=0.046Kg·m2

J4=0.24Kg·m2

帶入式(1)可得：

當(dāng)t<0.03s時(shí)，Md>290N·m，已經(jīng)超過力矩開關(guān)設(shè)定值。

由計(jì)算過程可以看出，可近似認(rèn)為閥門的啟動(dòng)力矩與遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比，與啟動(dòng)時(shí)間成反比。由于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟動(dòng)時(shí)間很短，所以需要的啟動(dòng)力矩相應(yīng)就會(huì)很大。并且由于現(xiàn)場(chǎng)施工的不規(guī)范，遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部件的傳動(dòng)效率會(huì)隨之降低，相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也會(huì)變大，最終都會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出扭矩變大。

(三)總結(jié)。綜上所述，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的匹配上存在一定問題，遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)過多的傳動(dòng)部件導(dǎo)致在高速啟動(dòng)時(shí)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的負(fù)載過大，導(dǎo)致力矩開關(guān)動(dòng)作，切斷電機(jī)電源，閥門不能一次啟閉成功。

三、改進(jìn)方案探討

解決本問題的核心是降低閥門開、關(guān)瞬間電裝的啟動(dòng)阻力，可通過多種途徑進(jìn)行。

(一)遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)改進(jìn)。對(duì)遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)或者傳動(dòng)部件進(jìn)行改進(jìn)，減小慣性力矩，使其滿足高速啟動(dòng)的運(yùn)行工況。采購(gòu)技術(shù)文件中應(yīng)提供電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際運(yùn)行的轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)時(shí)間等參數(shù)，并明確規(guī)定：遠(yuǎn)傳閥門的效率試驗(yàn)應(yīng)能模式實(shí)際運(yùn)行工況的全過程，包括高速啟動(dòng)工況，高速啟動(dòng)工況電裝所需要的啟動(dòng)力矩不應(yīng)超過閥門的限定力矩，傳動(dòng)效率不應(yīng)低于80%。廠家出廠驗(yàn)收規(guī)范中相關(guān)試驗(yàn)方法、過程也應(yīng)按此進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)閥門運(yùn)行的實(shí)際工況予以考慮。

(二)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改進(jìn)?？墒褂米冾l電機(jī)改變電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出特性，使其啟動(dòng)初始階段保持在較低的輸出轉(zhuǎn)速，但應(yīng)保證閥門開啟、關(guān)閉的時(shí)間要求。

(三)布置方案改進(jìn)。對(duì)閥門布置方案進(jìn)行改進(jìn)，例如將閥門閥體布置在操作間的正下方K011房間，以減少遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，減小啟動(dòng)阻力。

(四)規(guī)范安裝。遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的安裝過程、安裝精度應(yīng)嚴(yán)格遵循廠家技術(shù)規(guī)格中的要求，避免安裝誤差。