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    電動(dòng)閘閥故障分析與處理

    [ 2016-07-06 ]

    分析了某核電站電動(dòng)閘閥無法通過電動(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)力矩沒有超過設(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)痖y門開啟力矩過大。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,說明此時(shí)附加力矩較大,超過電動(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,只能通過降低啟動(dòng)時(shí)的附加力矩或通過電動(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://www.chvacuum.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
      針對(duì)核電站電動(dòng)閘閥無法正常啟動(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。

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