分析了某核電站電動(dòng)閘閥無(wú)法通過(guò)電動(dòng)裝置正常操作閥門開啟和關(guān)閉的原因，提出了降低閥門啟動(dòng)附加力矩或消除力矩開關(guān)跳動(dòng)的方法。

1、概述

　　電動(dòng)閘閥是核電站安全殼噴淋系統(tǒng)(EAS) 和地坑的隔離設(shè)備。在核電站LOCA 工況的再噴淋階段，電動(dòng)閘閥開啟，噴淋管線從安全殼地坑吸水為再噴淋提供冷卻水源，使安全殼內(nèi)壓力和溫度降低到可接受的水平，確保安全殼的完整性。在EAS 進(jìn)入再噴淋階段，電動(dòng)閘閥( EAS013 - 014VB) 開啟，噴淋管線從安全殼地坑吸水進(jìn)行再循環(huán)噴淋，再循環(huán)噴淋可以持續(xù)幾天到幾個(gè)月。電動(dòng)閘閥的可用性，決定了再噴淋循環(huán)能否正常進(jìn)行，當(dāng)電動(dòng)閘閥無(wú)法正常操作時(shí)將導(dǎo)致EAS 不可用。

2、故障分析

　　2.1、工況條件

　　電動(dòng)閘閥為電動(dòng)遠(yuǎn)傳平行板(帶楔塊) 閘閥，電動(dòng)裝置通過(guò)遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)與閥門連接，遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)中間存在3 個(gè)90°轉(zhuǎn)向( 圖1) 。在核電站調(diào)試期間，開關(guān)閥門時(shí)電動(dòng)裝置力矩開關(guān)動(dòng)作，閥門無(wú)法正常開關(guān)。具體表現(xiàn)為，電動(dòng)裝置力矩測(cè)量組件的力矩桿頻繁跳動(dòng)，觸發(fā)力矩開關(guān)動(dòng)作，電動(dòng)裝置停止動(dòng)作。當(dāng)將電動(dòng)裝置的設(shè)定力矩增大時(shí)，故障得到緩解，但極不穩(wěn)定，有時(shí)無(wú)法正常操作閥門。

圖1 電動(dòng)閘閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

　　2.2、檢測(cè)分析

　　根據(jù)故障現(xiàn)象分析，造成電動(dòng)裝置無(wú)法正常啟閉閥門的原因與閥門開關(guān)力矩、遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)效率和電動(dòng)裝置性能等有關(guān)( 圖2) 。

　　現(xiàn)場(chǎng)使用力矩扳手直接操作閥門時(shí)，開關(guān)力矩不大于設(shè)計(jì)開關(guān)力矩。使用低轉(zhuǎn)速電動(dòng)裝置啟動(dòng)遠(yuǎn)傳裝置時(shí)，可以正常開關(guān)閥門。證明閥門的開關(guān)力矩沒(méi)有超過(guò)設(shè)計(jì)值。在圖1 中位置①處加力矩測(cè)量裝置測(cè)量電動(dòng)裝置對(duì)遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的輸入力矩，位置②處加磁粉制動(dòng)器( 模擬閥門開關(guān)力矩) 和力矩測(cè)量裝置測(cè)量遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的輸出力矩，輸出力矩與輸入力矩的比值即為遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率。經(jīng)測(cè)量，遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率超過(guò)默認(rèn)傳動(dòng)效率，證明遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率滿足設(shè)計(jì)要求。使用電動(dòng)裝置專用的力矩校驗(yàn)臺(tái)檢驗(yàn)其輸出力矩，電動(dòng)裝置的輸出力矩滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 故障分析

　　通過(guò)分析及測(cè)試，閥門、遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)和電動(dòng)裝置性能符合工況要求。為了確定閥門、遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)和電動(dòng)裝置配合是否是導(dǎo)致故障的原因，在電動(dòng)裝置的動(dòng)力和控制線路中接入檢測(cè)裝置，在關(guān)閥開始時(shí)檢測(cè)到電動(dòng)裝置的電機(jī)有3 次電流峰值，對(duì)應(yīng)關(guān)方向力矩開關(guān)3 次切斷動(dòng)力電源( 圖3) 。在閥門全關(guān)時(shí)開啟閥門，電動(dòng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)正常。在閥門處于中間狀態(tài)時(shí)無(wú)論開關(guān)閥門均可檢測(cè)到電動(dòng)裝置2 ～3 次啟動(dòng)。

(a) 電流峰值(b) 關(guān)力矩開關(guān)動(dòng)作

圖3 動(dòng)力和控制線路檢測(cè)結(jié)果

　　2.3、理論分析

　　在閥門全關(guān)位置介質(zhì)及靜摩擦?xí)�引起閥門開啟力矩過(guò)大。為避免全關(guān)位置電動(dòng)裝置不能正常開啟閥門，電動(dòng)裝置在全關(guān)位置開啟閥門時(shí)通過(guò)行程開關(guān)將力矩開關(guān)屏蔽，使力矩開關(guān)失效閥門正常開啟，因此在全關(guān)位置開啟閥門時(shí)，沒(méi)有檢測(cè)到電機(jī)多次啟動(dòng)。而閥門在其他狀態(tài)時(shí)，力矩開關(guān)未被屏蔽，因此電動(dòng)裝置啟動(dòng)時(shí)電機(jī)有多次啟動(dòng)現(xiàn)象。

　　通過(guò)對(duì)電流信號(hào)的定性分析，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)裝置電機(jī)二次啟動(dòng)的時(shí)間間隔很短，此時(shí)電動(dòng)裝置啟動(dòng)信號(hào)還未消失，因此電動(dòng)裝置再次啟動(dòng)，直到帶動(dòng)閥門開啟或啟動(dòng)信號(hào)消失。將電動(dòng)裝置設(shè)定力矩增大時(shí)，此時(shí)力矩開關(guān)不宜被觸發(fā)，因此增加設(shè)定力矩可以使故障得到緩解。

　　由于電動(dòng)裝置的力矩開關(guān)在啟動(dòng)時(shí)動(dòng)作，說(shuō)明此時(shí)附加力矩較大，超過(guò)電動(dòng)裝置的設(shè)定力矩導(dǎo)致力矩保護(hù)動(dòng)作，電動(dòng)裝置不能正常運(yùn)行。轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M = Jβ(J———轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，β———角加速度) 。通過(guò)對(duì)電機(jī)電流的定量分析，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)裝置的電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間為μs 級(jí)，導(dǎo)致角加速度非常大。使用低轉(zhuǎn)速電動(dòng)裝置時(shí)，因其轉(zhuǎn)速較低，啟動(dòng)時(shí)間較慢，故可以正常操作閥門。

　　通過(guò)分析，得知電動(dòng)閘閥因電動(dòng)裝置轉(zhuǎn)速較快，啟動(dòng)時(shí)間較短，在慣性的作用下導(dǎo)致遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)在啟動(dòng)時(shí)附加力矩較大，從而使啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)裝置所需力矩較大，超過(guò)設(shè)定力矩。

3、改進(jìn)

　　為解決電動(dòng)閘閥啟動(dòng)故障，只能通過(guò)降低啟動(dòng)時(shí)的附加力矩或通過(guò)電動(dòng)裝置的設(shè)備消除力矩開關(guān)的跳動(dòng)。

　　(1) 減小遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的慣性

　　遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的慣性與遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)形狀、質(zhì)量分布及轉(zhuǎn)軸的位置等相關(guān)，屬于固有特性，要改變固有特性需對(duì)遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，真空技術(shù)網(wǎng)(http://shengya888.com/)認(rèn)為相關(guān)設(shè)計(jì)方案受傳遞力矩空間布置的制約。

　　(2) 電動(dòng)裝置全開位置加力矩屏蔽裝置

　　類似于電動(dòng)裝置全關(guān)位置的力矩屏蔽，在全關(guān)位置加力矩屏蔽，可以保證閥門在全開全關(guān)位置正常啟動(dòng)，且閥門為全開全關(guān)閥，正常狀態(tài)不存在中間位置。

　　(3) 降低電動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速

　　在閥門開啟行程和開啟時(shí)間不變的情況，通過(guò)采用閥桿雙頭螺紋的形式，降低電動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速。

4、結(jié)語(yǔ)

　　針對(duì)核電站電動(dòng)閘閥無(wú)法正常啟動(dòng)的原因，提出了故障處理方案，保證了系統(tǒng)的完整性和可用性。