某核电大口径电动闸阀微动开关频繁抖动原因浅析及处理

某核电大口径电动闸阀微动开关频繁抖动原因浅析及处理

张金龙徐志军宋艳超张彩良

福建省宁德市福鼎市江滨北路266号福建宁德355200

摘要：某核电一大口径电动闸阀，自设备调试阶段在阀门启闭瞬间电动执行机构微动开关出现频繁抖动现象，且机组在运行期间的定期试验时，也出现阀门开关超时现象。本文通过对该现象原因进行分析并提出缓解措施和设计改进。

关键词：电动执行机构；微动开关；抖动；原因分析；

1引言

安全壳对核电厂安全具有特别重要的意义，它是阻挡来自燃料的裂变产物及一回路放射性物质进入环境的最后一道屏障。在发生一回路破口或安全壳内蒸汽管道破裂事故情况下，高温、高压的蒸汽喷放出来，使安全壳内压力和温度升高。安全壳喷淋系统的功能就是通过喷淋冷凝蒸汽，使安全壳内压力和温度降低到可接受的水平，确保安全壳的完整性。同时，安全壳喷淋系统是专设安全设施中唯一有冷源的系统，其供水分两个阶段：第一阶段（直接喷淋）从换料水箱取水，第二阶段（再循环喷淋）从安全壳地坑取水。安全壳地坑吸水管线上的大口径电动闸阀（以下简称地坑隔离阀）在机组正常运行期间，需保证该阀门可用，以保证安全壳的完整性；在再循环喷淋阶段，需保证该阀门正常开启（阀门动作时间要求25s内），以保证安全壳喷淋系统的功能执行[1]。

2背景

某核电地坑隔离阀为大口径电动闸阀，阀门是DN400的W型楔式平行闸板阀；电动执行机构的型号为ST70\120\K3，额定力矩700N.m，输出转速为120r/min，设置的开关力矩分别为328N.m。电动执行机构与阀门通过远传机构连接，使用关力矩开关控制阀门关闭、开限位开关控制阀门开启，并设置有开力矩开关的旁路控制回路。具体布置方式如图1所示。

该套设备自安装调试阶段就存在电动执行机构微动开关频繁抖动现象，先后经过增大电动执行机构开关力矩和减少阀门盘根紧固力矩的方式处理，在一定程度上缓解了电动执行机构微动开关频繁抖动，但问题并未从根本上解决。

3原因分析

3.1电动执行机构转速过高的分析

将20rpm的电动执行机构安装在地坑隔离阀上进行试验，电动执行机构运行状态良好，微动开关未出现抖动现象，但阀门动作时间大于25s。试验结果说明采用120rpm的电动执行机构存在转速与输出力矩不匹配问题。

将61rpm的电动执行机构安装在地坑隔离阀上进行试验，同时将阀门阀杆由单头螺纹结构更换成双头螺纹结构，电动执行机构运行状态良好，微动开关未出现抖动现象，阀门开关动作时间约21s。

根据动力学基本原理，同一机构在相同时间内启动至匀速，角速度越小，则角加速度也越小，产生的阻力矩也越小，有利于电动执行机构启动。

3.2电动执行机构力矩值分析

带楔块平行双闸板闸阀操作力矩的计算通用计算方法为[2]：

计算结果大于厂家原始设定力矩值，即电动执行机构的力矩设定不满足要求。将电动执行机构力矩值调整到440N.m后，电动执行机构运行状态良好，微动开关出现1-2次抖动现象。通过力矩调整运行，证明了厂家原始设定的电动执行机构力矩偏小，不满足实际工况。

3.3阀门盘根力矩的影响分析

3.3.1阀门盘根满足密封性要求的最小力矩值的计算

最小盘根压盖的载荷为：

通过计算表明阀门盘根力矩与阀门的制动力矩有一定关系，当盘根紧固力矩为233N.m时，盘根压紧力产生的阀门制动力矩为384N.m，叠加远传机构的传递效率90%，盘根产生的制动力矩大于电动执行机构初始力矩值，可能会导致电动执行机构力矩开关抖动；而当阀门盘根力矩为60N.m时，盘根压紧力产生的阀门制动力矩约为98.9N.m，叠加远传机构的传递效率，盘根产生的制动力矩远小于电动执行机构初始力矩值，能有效缓解电动执行机构运行过程中微动开关抖动现象。

为进一步验证盘根力矩对阀门制动力矩的贡献，将阀门盘根力矩值调整到60N.m后，电动执行机构运行状态良好，微动开关出现1次抖动现象。

将阀门阀杆由单螺纹机构变更成双螺纹结构，同时更换成61rpm电动执行机构，并且将阀门盘根力矩降低到60N.m、电动执行机构力矩值增加到440N.m后，电动执行机构运行状态良好，微动开关基本未出现抖动现象。

4结论

通过现场实际验证并结合理论计算分析得知，导致地坑隔离阀电动执行机构微动开关频繁抖动的根本原因是电动执行机构和阀门选型不匹配，即电动执行机构转速过高，电动执行机构设置力矩值过小，盘根设置力矩值过大。在保持原设备不变动的情况下，增大电动执行机构力矩和减小阀门盘根力矩能够减缓电动执行机构微动开关抖动；而将电动执行机构更换为低转速电动执行机构，同时将阀杆组件修改为双螺纹机构的方案能够彻底解决电动执行机构微动开关抖动问题。

5参考文献

[1]付晓涛.安全壳喷淋系统手册：ABX17EAS002DGHX45GN[Z].深圳：中广核工程设计有限公司，2014:4-24.

[2]王匡时.阀门设计与计算[M].北京：通用机械研究所，1974.12.

[3]RCC-MZV篇2000+2002补遗版.