□李丕陆 林木营 胡建成

安全壳喷淋系统(EAS)是核岛专设安全系统之一，在事故工况(LOCA或安全壳内蒸汽管道破裂)下，当安全壳内的压力和温度升高到一定值时，系统将安全壳内的压力和温度降低至可接受的水平，以保持安全壳的完整性，是专设安全设施中唯一有冷源的系统。其中隔离阀1EAS013、014VB分别位于安全壳地坑与1、2号安喷泵入口之间，在系统再循环喷淋阶段开启，安喷泵转为从地坑取水[1]。某核电厂一号机组调试期间，在对这两个阀门进行单体试验时发现阀门的力矩开关在开启和关闭的时候频繁跳动，导致阀门电机不断启停，阀门无法正常工作，存在一定的安全隐患。

一、阀门基本情况概述

1EAS013VB为W形平行闸板式电动阀，配备Velan公司DN400阀体(启闭力矩80N·m，最小关闭密封力43059N)，BERNARD公司ST30-92-K3型电动执行机构(额定电流4.4A，输出转速92rpm，最大输出力矩300N·m)，电动执行机构与阀杆通过阀门远传机构(额定扭矩80N·m，极限扭矩300N·m，传动效率大于80%)连接，中间共有3个90度换向转角，连接示意见图1。

图1 阀门远传机构与电动执行机构连接示意

1EAS013VB为安全2级阀门，现场实际操作中，使用关力矩开关控制阀门关闭，开限位开关控制阀门开启，开力矩开关设置有旁路控制(bypass)。

二、原因分析

(一)试验数据分析。阀门关力矩开关设置在90%(目测)，开力矩开关设置在100%位置。在此条件下，对阀门进行多次全开全关试验和半开位——全关位——半开位的测试试验，测试过程中发现，在操作信号控制阀门开、关的启动瞬间，多次触发开、关力矩开关动作，总结如下：全关位时开阀，虽然会触发力矩开关动作，但是由于bypass旁路0.54S的作用(bypass恢复前开力矩开关动作无效)，电机电源不会被切断，阀门可正常开启。若在半开位时开阀，可检测到开力矩开关被触发，切断电机电源，但由于开阀控制信号仍持续存在，电机又被重新启动，电机多次重复启动后，阀门才能正常开启。阀门不论在全开还是半开位，关阀瞬间受到静态阻力较大，会触发关力矩开关动作，切断电机电源，使阀门第1次启动失败，但由于关阀操作信号持续保持，电机会再次重新启动。

为进一步确认电机启动阻力的来源，将远传机构在穿过楼板后与阀门联轴器脱开，电装只驱动远传机构，阀门开、关操作时，启动瞬间力矩开关的动作情况与连接阀门时基本相同，多次出现重复启动的现象。由此推断电动执行机构与远传机构之间的配合存在一定的问题，启动瞬间的阻力主要来自阀门远传机构。

(二)理论分析。由于电动执行机构的输出转速为92rpm，初步推测是由于电机启动瞬间远传机构的惯性力矩太大，引起电机负载增加，触发力矩开关动作。电动执行机构与远传机构连接简图见图2，其中除L2段，其余各段均有一个伸缩法兰式万向联轴器，不考虑连接套对启动力矩的影响。假设电机启动瞬间，在时间t内使电动执行机构的转速达到额定转速92rpm，电装所需要的启动力矩：

图2 电动执行机构与远传机构连接简图

其中Mr为远传机构的惯性力矩，Mq阀门的启闭力矩，η为远传机构相对应部分的传动效率。

以L3段为例，设转向器中伞齿轮的传动效率为η1，伸缩法兰式万向联轴器的传动效率为η2，起始角速度ω0=0rad/s，时间t内转速达到92rpm,即：

由ωt=ω0+a(t-t0)可得角加速度a为：

则L3段的惯性力矩应为：

考虑从电装连接处到L3段末端之间有2个转向器，2个联轴器，其传动效率应为：

η=η12η22

对应电装端所需的启动力矩为：

同理可求得：

1.1 地理位置及交通 公园位于青海省黄南州尖扎县,北以黄河为界与化隆回族自治县相邻,西与贵德县接邻,地理坐标为101°38′～101°49′E、36°04′～36°10′N,分布面积约154 km2。区内交通网络较发达，西宁—尖扎—康扬—李家峡—坎布拉公路网络纵横交错。

根据阀门厂家资料，阀门启闭力矩Mq为80N·m，则对应电装的启动力矩：

电装总的启动力矩为：

Md=Md1+Md2+Md3+Md4+Mdq

(1)

根据机械手册，η1假设为0.95，η2假设为0.97。

J1=0.14Kg·m2

J2=0.046Kg·m2

J4=0.24Kg·m2

带入式(1)可得：

当t<0.03s时，Md>290N·m，已经超过力矩开关设定值。

由计算过程可以看出，可近似认为阀门的启动力矩与远传机构的转动惯量成正比，与启动时间成反比。由于电动执行机构启动时间很短，所以需要的启动力矩相应就会很大。并且由于现场施工的不规范，远传机构传动部件的传动效率会随之降低，相对转动轴的转动惯量也会变大，最终都会导致电动执行机构的输出扭矩变大。

(三)总结。综上所述，电动执行机构与远传机构的匹配上存在一定问题，远传机构过多的传动部件导致在高速启动时对电动执行机构产生的负载过大，导致力矩开关动作，切断电机电源，阀门不能一次启闭成功。

三、改进方案探讨

解决本问题的核心是降低阀门开、关瞬间电装的启动阻力，可通过多种途径进行。

(一)远传机构改进。对远传机构的结构或者传动部件进行改进，减小惯性力矩，使其满足高速启动的运行工况。采购技术文件中应提供电动执行机构实际运行的转速、启动时间等参数，并明确规定：远传阀门的效率试验应能模式实际运行工况的全过程，包括高速启动工况，高速启动工况电装所需要的启动力矩不应超过阀门的限定力矩，传动效率不应低于80%。厂家出厂验收规范中相关试验方法、过程也应按此进行优化，对阀门运行的实际工况予以考虑。

(二)电动执行机构改进。可使用变频电机改变电动执行机构的输出特性，使其启动初始阶段保持在较低的输出转速，但应保证阀门开启、关闭的时间要求。

(三)布置方案改进。对阀门布置方案进行改进，例如将阀门阀体布置在操作间的正下方K011房间，以减少远传机构的转向机构，减小启动阻力。

(四)规范安装。远传机构的安装过程、安装精度应严格遵循厂家技术规格中的要求，避免安装误差。