摘要:三門核電旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)為鏈式結(jié)構(gòu),是循環(huán)水系統(tǒng)的重要過濾設(shè)備?,F(xiàn)介紹旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)鏈條松動報警裝置的原始結(jié)構(gòu)設(shè)計,分析鏈條松動報警裝置在運行過程中可能出現(xiàn)的故障,并提出有針對性的改造方案,以保證旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的可靠運行。
關(guān)鍵詞:三門核電;旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng);鏈條松動報警裝置;改造
0? ? 引言
旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)作為循環(huán)水系統(tǒng)的重要過濾設(shè)備,與上游的攔污柵配套使用,可有效攔截循環(huán)水中的水草、魚蝦等水生物以及其他雜物,以保證進入凝汽器的循環(huán)水達到一定的水質(zhì)條件。
三門核電旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)是鏈式結(jié)構(gòu),其運行狀況是否良好直接決定循環(huán)水系統(tǒng)是否可靠運行,進而決定凝汽器的運行工況,對整個電廠的安全及經(jīng)濟運行有著至關(guān)重要的影響。本文將在介紹旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)原報警裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作原理的基礎(chǔ)上分析其在運行過程中可能出現(xiàn)的故障,并提出有針對性的改造方案,以保證旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的可靠運行。
1? ? 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)鏈條松動報警裝置原結(jié)構(gòu)設(shè)計
鏈條松動報警裝置主要由鉸板組件、鋼絲繩、拉桿、護套管、彈簧、撞塊、行程開關(guān)等組成,如圖1、圖2所示。其主要作用是當連接網(wǎng)板的鏈條變長松動時,在整個濾網(wǎng)網(wǎng)板自重向下的力作用下,鏈條上的滾輪通過軌道上的開口處壓向鉸板組件,鉸板組件受力后拉動鋼絲繩和拉桿并克服彈簧彈力,使撞塊向下動作觸動行程開關(guān),從而斷電保護旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的安全。
2? ? 鏈條松動報警裝置原結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷
在原結(jié)構(gòu)設(shè)計中,鋼絲繩外部設(shè)有316L材質(zhì)的護套管,用于防止水流或其他異物干擾鋼絲繩而使報警裝置誤動作,該設(shè)計仍有以下不足之處:
(1)鋼絲繩直接與海水接觸,縮短了鋼絲繩的使用壽命。
(2)相比于鋼絲繩(?6 mm,鋼絲繩芯),鋼絲繩上部的螺紋拉桿(M8、316L材質(zhì)、長440 mm)更容易斷裂(鋼絲繩最小破斷拉力22.10 kN,拉桿破斷拉力約4 200 N),同時在鋼絲繩上部還有約6 m沒有護套管。報警裝置動作后,若發(fā)生拉桿斷裂,斷裂的拉桿和鋼絲繩極易進入網(wǎng)板,可能會引起濾網(wǎng)卡澀。
(3)報警裝置動作時,鉸板組件的圓弧運動必然會引起鋼絲繩與護套管相互碰磨,如圖3所示,長此以往,鋼絲繩必然斷裂失效。
3? ? 鏈條松動報警裝置改造方案
針對廠家原設(shè)計鏈條松動報警裝置結(jié)構(gòu)的缺陷,進行如下針對性改造:
3.1? ? 改造方案介紹
重新設(shè)計一種用于海水環(huán)境下可拆裝的鋼絲繩密封導(dǎo)向組件,如圖4所示,將原有的鋼絲繩更換為涂塑鋼絲繩,涂塑鋼絲繩兩端剝離涂塑層,裸露的部分鋼絲繩安裝至兩端的夾緊密封組件,密封組件由夾緊座、夾緊片、夾緊螺母組成,為了保證裸露部分鋼絲繩不被海水腐蝕,設(shè)計用葛蘭頭對該部分裸露鋼絲進行密封。同時,兩端的密封組件配有一個尼龍導(dǎo)向套作為導(dǎo)向,以使報警裝置動作時鋼絲繩與護套管不會碰磨。下部密封組件通過連桿與鉸板組件連接,上部密封接頭組件通過拉桿與行程開關(guān)組件直接連接。
該方案的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是鋼絲繩夾緊密封結(jié)構(gòu),設(shè)計使用夾緊座、錐形夾緊片(帶內(nèi)螺紋)和夾緊螺母可實現(xiàn)該功能,同時,為了實現(xiàn)夾緊座的密封功能,在夾緊座頭部設(shè)有一個電纜葛蘭頭的密封結(jié)構(gòu)(圖5)。夾緊座裝配于尼龍導(dǎo)向套,除鋼絲繩在護套管內(nèi)運動時能起到導(dǎo)向作用外,也能有效避免鋼絲繩與護套管發(fā)生碰磨。尼龍導(dǎo)向套兩側(cè)加工扁平面,可以防止泥沙淤積,同時在下部尼龍導(dǎo)向套上加工一扁平槽,與護套管上的螺紋擋銷(圖6)配合使用,可以保證拉桿和鋼絲繩組件斷后仍舊滯留在護套管內(nèi),避免了其進入濾網(wǎng)的風(fēng)險。
連接套與下部夾緊螺母通過背帽螺紋連接,連桿一端通過銷軸連接至連接套,連桿另一端通過銷軸連接至鉸板組件,連接套與下部夾緊螺母頭部設(shè)計成間隙配合,可以轉(zhuǎn)動。該結(jié)構(gòu)可以保證在水下作業(yè)時連接連桿與鉸板組件更方便,不用轉(zhuǎn)動整根鋼絲繩組件,只需要轉(zhuǎn)動連接套(連同連桿)即可保證連桿與鉸板組件正確連接。
3.2? ? 詳細設(shè)計分析
3.2.1? ? 夾緊片與夾緊座配合錐度C的設(shè)計
夾緊片與夾緊座錐面配合,夾緊片材質(zhì)選用1Cr18Ni9Ti,夾緊座材質(zhì)為316L,兩者皆為軟鋼,滑動摩擦系數(shù)為f=0.4[1]。為了實現(xiàn)錐面配合的良好自鎖效果,需要進行配合錐度C的設(shè)計,示意圖如圖7所示。
根據(jù)機械設(shè)計,為了保證夾緊座與夾緊片之間的良好自鎖,夾緊座與夾緊片之間的滑動摩擦角ρ大于傾斜角θ(壓力角)[2]。由于滑動摩擦系數(shù)f=0.4=tan ρ,當ρ>θ,則f>tan θ,同時tan θ=,所以得到錐度:C=2tan θ<2f。
設(shè)計錐度C小于2倍摩擦系數(shù)即可,即錐度<0.8,從常用錐度推薦值及部件尺寸考慮,取錐度為1:10,足以保證夾緊片與夾緊座配合后自鎖。
3.2.2? ? 拉桿、鋼絲繩和連桿組件中各部件抗拉或抗剪應(yīng)力分析
(1)拉桿許用拉力:鋼絲繩上部的拉桿螺紋尺寸M8,小徑d=6.65 mm,主要受拉力,材質(zhì)316L,許用拉應(yīng)力[σ]=120 MPa。因此,拉桿的許用拉力為 N=[σ]×=120×≈4 168 N
(2)涂塑鋼絲繩破斷拉力:選用的公稱直徑6 mm的鋼芯鋼絲繩(GB 8918—2006),材質(zhì)316L,涂塑后外徑8 mm,最小破斷拉力為18.9 kN。
(3)?16 mm銷軸許用剪力:?16 mm銷軸,用于連接連桿與連接套,連接連桿與鉸板組件,主要受剪力的作用,銷軸材質(zhì)316L,許用剪應(yīng)力[τ]=72~96 MPa,取[τ]=72 MPa計算,得到銷軸許用剪力為:? ? ?Q=[τ]×=72×≈14 476 N
(4)下部夾緊螺母螺桿許用拉力:下部夾緊螺母主要受拉力作用,其尺寸如圖8所示。
材質(zhì)316L,許用拉應(yīng)力[σ]=120 MPa,螺桿螺紋M12,小徑d=10.65 mm,退刀槽直徑10 mm,因此以?10 mm計算許用拉力:N=[σ]×=120×≈9 425 N
(5)連桿許用拉力:連桿主要受拉力作用,連桿材質(zhì)316L,許用拉應(yīng)力[σ]=120 MPa,由圖9知最危險斷面為14 mm×8 mm,因此其許用拉力為:? N=[σ]×S=120×14×8=13 440 N
綜合以上計算結(jié)果,鋼絲繩上部的拉桿可承受的拉力最小。因此,在受到一定拉力作用的情況下,若上部拉桿發(fā)生斷裂,其他部件也能保持完好。
3.3? ? 改造后鏈條松動報警裝置的優(yōu)點
(1)使用涂塑鋼絲繩,同時設(shè)計了鋼絲繩夾緊和密封結(jié)構(gòu),鋼絲繩不與海水接觸,延長了鋼絲繩使用壽命。
(2)使用尼龍導(dǎo)向套,避免了報警裝置動作時鋼絲繩與護套管相互碰磨。
(3)若發(fā)生拉桿和鋼絲繩組件斷裂,斷裂后的拉桿和鋼絲繩組件只會停留在護套管內(nèi),避免了其進入濾網(wǎng)的風(fēng)險。
(4)在機組運行期間,若需要更換鋼絲繩組件,所有的部件可在水上組裝完成后,穿過護套管下落,水下作業(yè)時只需要擰入螺紋擋銷、連接連桿和連接套兩步,操作便捷迅速,大大縮短了水下作業(yè)時間。
4? ? 結(jié)語
本文對旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的鏈條松動報警裝置進行了結(jié)構(gòu)上的分析,提出了原設(shè)計存在的問題,即存在鋼絲繩與護套管碰磨后發(fā)生斷裂并易絞入濾網(wǎng)的風(fēng)險。新報警裝置避免了鋼絲繩與護套管直接碰磨,實現(xiàn)了鋼絲繩與海水隔離,具有使用壽命長、鋼絲繩組件斷裂后不會進入濾網(wǎng)以及水下更換便捷等特點,目前已有8臺旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)應(yīng)用于三門核電一期工程,運行效果很好。
[參考文獻]
[1] 王義質(zhì),李叔涵.工程力學(xué)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2004.
[2] 龍振宇.機械設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.
收稿日期:2020-03-17
作者簡介:楊安東(1986—),男,重慶人,工程師,從事水泵維修、生產(chǎn)計劃管理等工作。