杜魯寧,韓小雷

(臺(tái)山核電合營(yíng)有限公司，廣東 臺(tái)山 529228)

設(shè)備艙門包括設(shè)備運(yùn)輸通道及艙門本體等，都是安全殼的組成部分，大型設(shè)備或?qū)Ｓ霉ぞ呓?jīng)過此通道運(yùn)入安全殼內(nèi)。反應(yīng)堆功率運(yùn)行時(shí)，用設(shè)備艙門將此通道封閉，并保證安全殼的密閉性能。當(dāng)需要換料大修運(yùn)輸專用工具或更換反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)的大型設(shè)備時(shí)，可打開此艙門，將收起的重型地板打開，形成運(yùn)輸通道。由于設(shè)備艙門是大型設(shè)備或?qū)Ｓ霉ぞ哌M(jìn)出反應(yīng)堆廠房的唯一通道，因此設(shè)備艙門保持良好的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)核電站大修換料有著極其重要的意義。

1 EPR機(jī)組設(shè)備艙門結(jié)構(gòu)及工作原理簡(jiǎn)介

設(shè)備艙門[1]主要由筒體、艙門(封頭)、重型地板、艙門豎直提升系統(tǒng)、艙門軌道、艙門水平位移系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電儀控制系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成。如圖1所示，設(shè)備艙門處于打開位置，兩塊重型地板連接形成水平通道，大型設(shè)備或者專用工具通過通道進(jìn)入反應(yīng)堆廠房。大修結(jié)束關(guān)閉設(shè)備艙門，其工作過程如下[2]：

圖1 設(shè)備艙門結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Equipment hatch general arrangement

1)鉸接地板一端固定，利用艙門筒體上部固定的兩個(gè)電動(dòng)葫蘆提升鉸接地板另一端，與水平面成8.4°角；松開滑動(dòng)地板與地面之間的連接銷，滑動(dòng)地板向鉸接地板側(cè)收縮，邊緣與筒體平齊，并用銷子將滑動(dòng)地板與通體連接。如圖2所示：

圖2 設(shè)備艙門關(guān)閉時(shí)重型地板位置Fig.2 Heavy duty floor postion when hatoh closeel

2)松開艙門封頭懸掛位置抗震銷，卷?yè)P(yáng)機(jī)帶動(dòng)艙門封頭先上帶動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)而后下降脫開掛鉤，沿著豎直軌道下降至下限位。

3)艙門水平移動(dòng)系統(tǒng)千斤頂將艙門推至關(guān)閉位，與筒體密封0環(huán)接觸。

4)使用專用工具旋轉(zhuǎn)艙門筒體上的40個(gè)液壓卡鉗至關(guān)閉位置，使卡鉗的一側(cè)頂在筒體外緣，另一側(cè)頂在艙門封頭外緣，如圖3所示：

圖3 液壓卡鉗結(jié)構(gòu)及工作原理Fig.3 Structure and working principle of hydraulic clamps

5)啟動(dòng)液壓?jiǎn)卧龎褐?20 bar，并保持壓力不變。松開液壓?jiǎn)卧敳柯菽笓跗?，使用力矩扳手緊固40個(gè)液壓卡鉗端部的限位螺栓，緊固力矩350Nm。

6)液壓卡鉗泄壓，手動(dòng)回裝設(shè)備艙門保護(hù)蓋板，艙門導(dǎo)軌上的導(dǎo)向盒與艙門分離下降至下限位，設(shè)備艙門關(guān)閉。

艙門開啟過程與關(guān)閉過程相似，在此不作贅述。

2 EPR設(shè)備艙門技術(shù)特點(diǎn)以及與CPR的差異

主電氣柜與控制面板安裝在設(shè)備艙門右側(cè)，在操作過程中可以看到整個(gè)艙門的運(yùn)動(dòng)狀況。電器柜與主控室之間建立連接，在得到主控允許開門的信號(hào)后，電氣柜上的主控信號(hào)燈會(huì)亮起，此時(shí)操作人員才能對(duì)設(shè)備艙門進(jìn)行操作，降低了誤碰風(fēng)險(xiǎn)以及人因違規(guī)操作風(fēng)險(xiǎn)。

通過控制模塊的人機(jī)交互界面可以通過交互界面監(jiān)測(cè)程序運(yùn)行是否正常：盤車的運(yùn)動(dòng)、停止?fàn)顟B(tài)、盤車的負(fù)載值以及高度編碼器的值等。此外，控制模塊對(duì)系統(tǒng)的報(bào)錯(cuò)有記憶功能，方便對(duì)歷史故障點(diǎn)進(jìn)行查詢分析。在卷?yè)P(yáng)機(jī)平臺(tái)上安裝了兩個(gè)輔助控制面板，用來控制每個(gè)起重絞車的調(diào)整、維護(hù)和修理，包括更換提升纜繩、調(diào)整運(yùn)動(dòng)鏈上的傳感器、調(diào)節(jié)超程等，手動(dòng)模式下輔助控制面板不可用，僅在低速提升或者下降的時(shí)候起控制作用。

與CPR機(jī)組相比，EPR機(jī)組設(shè)備艙門在防震效果、自動(dòng)化操作、精確對(duì)中、安全高效方面有較大的提高：整個(gè)操作過程采用PLC控制，除少數(shù)步驟需要人為干預(yù)以外，基本上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作，也大大節(jié)省了開關(guān)門的時(shí)間。以下表1梳理了EPR機(jī)組設(shè)備艙門與CPR機(jī)組設(shè)備艙門的主要不同點(diǎn)[3]：

表1 EPR機(jī)組與CPR機(jī)組設(shè)備艙門的主要不同點(diǎn)Table 1 the differences between EPR and CPR Equipment Hatch

CPR機(jī)組艙門筒體與封頭之間是通過88顆螺栓連接，多次開關(guān)有螺栓卡澀風(fēng)險(xiǎn)，EPR機(jī)組的液壓卡鉗設(shè)計(jì)就完美的解決了這一問題。此外，由于液壓卡鉗系統(tǒng)的應(yīng)用，艙門緊固力矩值由650 N·m降至350 N·m，螺栓緊固更為簡(jiǎn)單，同時(shí)也降低了人工操作時(shí)的工業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。

此外，CPR機(jī)組設(shè)備艙門在失電工況下，只能通過環(huán)吊或者手動(dòng)葫蘆下放實(shí)現(xiàn)關(guān)閉功能。而EPR機(jī)組設(shè)備艙門可以通過與電機(jī)連接的盤車手動(dòng)下放設(shè)備艙門實(shí)現(xiàn)關(guān)閉，操作更加便捷高效。

3 EPR機(jī)組設(shè)備艙門常見故障點(diǎn)及分析

作為目前核電機(jī)組中較為先進(jìn)的設(shè)備艙門，其也有一定的缺點(diǎn)：例如系統(tǒng)較為復(fù)雜，多電氣儀控控制系統(tǒng)，故障率較高，系統(tǒng)的維修管理難度較大，以下梳理了該設(shè)備艙門在機(jī)械方面常見的幾個(gè)故障點(diǎn)以及處理措施。

3.1 滑動(dòng)地板垂直抗震銷卡澀問題

當(dāng)設(shè)備艙門處于開啟狀態(tài)時(shí)，如圖4所示，齒輪帶動(dòng)齒條使滑動(dòng)地板向前滑動(dòng)，鉸接地板放至下限位拼接形成通道。當(dāng)滑動(dòng)地板到達(dá)開啟位置時(shí)，插入兩個(gè)垂直抗震銷，限制滑動(dòng)地板前后竄動(dòng)而對(duì)齒輪齒條造成損害。

圖4 滑動(dòng)地板驅(qū)動(dòng)Fig.4 Mobile floor horizontal motorization

大型的設(shè)備或者專用工具經(jīng)過重型地板運(yùn)至反應(yīng)堆廠房后，關(guān)閉艙門的過程中滑動(dòng)地板抗震銷存在卡澀現(xiàn)象。產(chǎn)生卡澀的原因是大型設(shè)備在過重型地板時(shí)對(duì)其有一個(gè)向前的的摩擦力，使得重型地板向前有輕微的位移。消除卡澀的方法是減小抗震銷的直徑，但此處對(duì)抗震銷的直徑精度要求較高。原因如下：若抗震銷直徑過大，則容易發(fā)生卡澀；若抗震銷直徑較小，當(dāng)重物通過滑動(dòng)地板時(shí)，直接受力的將是滑動(dòng)地板下方的齒輪齒條，容易對(duì)其造成損害。

液壓系統(tǒng)密封問題

由于EPR設(shè)備艙門靠液壓卡鉗預(yù)緊力密封，所以液壓系統(tǒng)在設(shè)備艙門的密封問題在該設(shè)備上顯得尤為重要。設(shè)備艙門的40個(gè)液壓卡鉗采用并聯(lián)形式，通過環(huán)路與液壓泵連接。由于所有卡鉗都并聯(lián)在一個(gè)環(huán)形油路里，所以環(huán)路中任意一點(diǎn)的泄漏都會(huì)導(dǎo)致環(huán)路壓力下降，這就對(duì)液壓系統(tǒng)密封提出了更高的要求。常見的故障點(diǎn)即液壓系統(tǒng)油管與液壓卡鉗連接處漏油。故障原因是由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致油管老化，或者油管與卡鉗連接螺栓松脫。因此在一次大修開啟設(shè)備艙門前，要對(duì)液壓系統(tǒng)油管進(jìn)行檢查更換，以防止液壓油泄漏，形成控制區(qū)內(nèi)的污染。

圖5 液壓系統(tǒng)示意圖Fig.5 Hydraulic system

3.2 卷?yè)P(yáng)機(jī)保護(hù)齒輪箱步進(jìn)電機(jī)同步帶老化問題

卷?yè)P(yáng)機(jī)盤車末端安裝有保護(hù)齒輪箱，防止在電機(jī)故障的情況下艙門封頭的急速下降。如圖6所示：齒輪箱是由蝸輪蝸桿相互配合，正常工況下盤車帶動(dòng)渦輪，伺服電機(jī)帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪蝸桿之間形成空轉(zhuǎn)，渦輪沒有線性位移。事故工況下，當(dāng)艙門封頭急速下墜時(shí)，蝸輪帶動(dòng)蝸桿做線性位移，行程為70 mm。到達(dá)行程后，蝸輪蝸桿頂死，盤車不在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而防止艙門封頭急速墜落，起到保護(hù)作用。

圖6 卷?yè)P(yáng)機(jī)保護(hù)裝置Fig.6 Winch protection device

伺服電機(jī)與蝸桿之間通過同步帶傳動(dòng)。同步帶的使用年限較短，會(huì)發(fā)生老化掉齒問題，開關(guān)多次后有可能造成蝸輪蝸桿速度不匹配，從而蝸桿產(chǎn)生線性位移，而蝸桿線性位移到達(dá)限值后便會(huì)產(chǎn)生卡死。解決方法是每次大修開啟設(shè)備艙門前，檢查同步帶是否老化。此外，在失電的極端工況下，手動(dòng)下放設(shè)備艙門的過程中，要通過搖柄來轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿，使其與蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)保持相對(duì)空轉(zhuǎn)，防止產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，對(duì)蝸輪蝸桿產(chǎn)生損害。

4 總結(jié)

雖然EPR機(jī)組設(shè)備艙門具有系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn)，但是其開關(guān)過程絕大部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，自動(dòng)化程度以及精度控制有了很大的提升，極大地解放了人力，縮短了艙門開關(guān)的時(shí)間。此外，與CPR相比，EPR機(jī)組設(shè)備艙門在安全性方面有很大的提高，例如艙門的下降對(duì)中等。在日常工作中，只要提前識(shí)別出常見的故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，維護(hù)管理得當(dāng)，仍具有重要的應(yīng)用價(jià)值。