核电厂人员闸门传动装置的设计

核电厂人员闸门传动装置的设计

黄海铭刘隽

福建福清核电有限公司350318

摘要：人员闸门传动装置设计首先需要符合功能要求，经过各传动形式满足功能需求。不同的传动方式，其设计有着较大差距。除去冗余环节、简化传动结构、凸显人性化，成为核电厂闸门传统装置设计的重要研究课题。对此，笔者结合实践研究，就核电厂人员闸门传动装置设计进行简要分析。

关键词：核电厂；人员闸门；传动装置；设计分析

核电厂工作中，人员闸门主要功能是：人员出入安全壳的通道以及微型设备、仪器的传输。其中，安全壳压力边界作为人员闸门的主要部分，结构中有两道密封门，在反应堆有序工作状态或故障状态下，密封门都能够保证安全壳压力边界位置的严密性与完整性。当故障发生后，可以保证安全壳压力边界位置的密封性。无异常状态下，正常操作自如打开、关闭。

一、人员闸门传动类型

常规传动形式划分为：液压、机械、电气、气压传动。其中，机械传动原理为：通过机械形式在主动轴与从动轴中传输运动与动力。电气传动则是通过交流/直流电动机推动工作机工作。同时，结合一定规律运动的传动形式。液压传动、气压传动是一种流体传动，压缩空气作为主要动力，驱动并控制不同机械装置达到自动化。液压传动是利用液体压力能转变的传动形式。

二、核电厂人员闸门传动装置设计

传动装置设计满足人员闸门开启/关闭、联锁、压力稳定等要求，与人员闸门运行有着直接影响。基于承压型设计分析，人员闸门主体结构通常使用筒体与2端密封门构成。

想要确保安全壳封闭性与完整性，首先需要确保一端密封门是封闭的，人员从人员闸门中通过。为确保人们安全，需要在人员闸门中设定有压力平衡阀与连锁装置、锁紧装置等。完成人员通过门外端进入安全壳内进行系统操作，应按照顺序完成打开压力平衡阀、联锁装置动作、松开锁紧装置、开门步骤。人员走出闸门外端，反之则相反，以上流程应借助传动装置进行。关于传动装置设计要求确保功能性、结构简单、稳定、抗震性强等。

结合传动装置设计要求，不同传动设计的根本不同为动力源的差异性，相关配套的机械构件也各不相同。不过，无论哪一种传动形式都包含机械传动设计。结合相关设计手册选择材料，搜集数据信息，按照相关公式展开计算。如果选择链轮连接形式，链轮设计可结合机械设计手册展开。结合不同传动形式确保符合人员闸门功能要求，机械传动系统可以选择模式块设计形式。简而言之，传动装置可以划分成内外传动箱、中部传动箱。液压/气压传动在功能要求上需要满足闸门关闭功能，开启功能应独立进行机械设计；模块式传动设计想要满足要求具有一定困难性。

电机传动是利用源动力与有关机械构件配合展开传动。想要使设计更为简单，可以将电机设置在舱体中，利用电磁离合器与传动轴作为密封门动力来源。结合国际原子能机构设计，目前世界上已经有近500台核电机组投入使用。尤其是在日本、美国、法国等地，核电技术更为先进，人员闸门在核电设计中运用了先进的传动装置。

（一）电机传动

通过电机传动形式，传动装置只需设定开启电磁离合器使密封门不断的转换。密封门自动开启或关闭完全通过电机驱动。利用涡轮减速器降低运行速度，驱动门传动装置以及转向器、传动轴等机构确保门的操作正常。

想要确保电动机构发挥有效作用，在故障问题时可以通过人工操作。人工开启关闭密封门一般需要设置4个操作点，内外各2个，操作手轮开启关闭电磁离合器把驱动力输送到链传动装置。随后，利用连杆、转向器、传动轴等驱动铰链机构、缩紧机构、连锁机构等进行操作，满足运行要求。

从电机工作形式与人员闸门的运行效果看，其优势在于操作简便，操作按钮控制电机进而达到密封门的开启与关闭，准确性强。伺服电机作为动力源，传动机构简便，尽可能的避免偏差问题、经济投入少。此外，不用进行液压油冷却，能够节省冷却水经济投入。但是也存在一定不足：相对于自动传动装置，通过电机作为原动力，在发生故障后人工操作无法对密封门进行全运行控制。

（二）液压传动设计

该种设计形式与电动机传动的原动力有着根本不同，人员闸门密封门的开启、关闭、锁紧、联锁等操作，可以通过液压传动自动控制展开。当无动力状态下，可以关闭自动控制，选择手工操作。因为液压缸活塞连杆关闭后有死角，较大操作力矩，通过液压自动控制打开门具有一定困难性。电动液压只需要通过技术人员在人员闸门外关闭对面侧的密封门。因此，密封门操作可以只设置人工操作形式。

该种形式优势在于液压装置稳定性强、液压传动装置体积小、惯性小、结构灵活、反映快速、自润滑效果强。其不足为：液压传动由于相对运动，外层存在渗漏。一旦出现异常给检查工作带来较大难度，有运动死角，无法达到门的全部操作。必要时应通过人工操作结合，操作流程繁琐。

（三）纯机械传动设计

在不通过任何外力条件下，利用手轮进行门的开启与关闭、联锁装置的开启、关闭、锁紧机构操作等，进而达到运行要求。在其结构设计上选择齿轮、链、蜗轮蜗杆、传动轴等构件组成。人员闸门机械传动是利用齿轮传动、链传动、轴传动等装置满足功能要求。控制手轮，开启联锁装置达到联锁。齿轮啮合，按照顺序开启压力平衡阀、锁紧机构、密封门达到操作要求。

人员闸门需要设置6个手轮操作点，即：舱室外4个，舱内2个。一侧舱室外的2个手轮主要作用是：开启关闭近端和远端的密封门，舱室中的手轮打开较近一侧的密封门。密封门开启与关闭需要利用机械传动完成，利用齿轮、传动轴、链条调整传动比和传递力矩。

其优势为：无需外力只要手轮操作即可。机械传动稳定、高质量，不足为：配合精度要求严格，传动结构繁琐。未考虑到人员受伤状态下操作。

结语：

人员闸门传动装置设计第一要素为满足功能要求，经过各传动形式满足功能要求；例如：机械、电机、液压等。结合各传动形式、其装置的设计不一。通过对核电厂人员闸门的使用分析，各传动形式优点缺点并存。电机传动与液压传动需要结合手动机械传动。但是，生成单独的传动系统要求分别操作，操作繁琐。纯机械传动操作简便，能够达到模块化设计，结构简单。但是，缺少紧急应对装置。总而言之，在达到人员闸门功能状态下，简化传动结构，设计应急装置，使得趋向人性化，构成混合型传动装置，成为今后人员闸门传动装置主要设计目标。

参考文献：

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