易良川

（江苏核电有限公司，江苏连云港 222042）

0 引言

田湾核电站1号2号机人员闸门有两道实体密封闸门，可确保机组运行期间人员进出反应堆厂房时，始终有一道门处于密封状态，维持反应堆厂房的正常负压状态。在田湾核电站人员闸门历史运行过程中曾多次出现故障，为了防止和减少此类故障的发生，维修人员针对这些故障进行了改进和优化。

1 人员闸门设备

田湾核电站1号2号机组人员闸门主要由承压壳体、门板、传动机构、驱动电机、应急通风装置、压力平衡阀、密封泄漏检测系统、电气控制系统等部件组成[1]。

1.1 人员闸门传动机构

传动机构主要由驱动电机、手轮输入组件、齿轮分配机构、内外门传动机构、内外门密封驱动轴等部分组成[2]，结构如图1所示。

1.2 人员闸门电动操作与控制原理

（1）闸门投入电动模式：拔出内外门及中舱手轮使其挡块压住限位开关触点，将闸门置于电动操作模式。

（2）闸门启闭：按下开启外门按钮，外（内）门解密封并开启，直到门板触发开门到位限位开关后停止，外（内）门开启完毕；按下关闭外（内）门按钮，门板闭合触发关门到位限位开关，外门密封驱动轴旋转到位后触发密封限位开关，当且仅当关门到位和密封限位开关都触发时，控制面板显示外（内）门密封，否则无法电动开启内（外）门。

图1 人员闸门传动机构

1.3 密封泄漏监测系统工作原理

机组运行期间，人员闸门内外门保持密封，补气系统向闸门舱充压缩空气，舱内保持110～120 kPa压力（绝对压力），系统通过监测舱内压力变化以达到监测闸门密封性的目的。密封泄漏监测系统工作逻辑：在主控将人员闸门投禁止操作工况后，当闸门舱内与安全壳外的压力差≤10 kPa时，电磁阀动作，开始补气；当闸门舱内与安全壳外的压力差≥20 kPa，或者电磁阀启动时间超过15 min时，电磁阀断电，停止补气；电磁阀停止补气后30 min内，如果闸门舱内与安全壳外的压力差≤12 kPa，闸门失密封报警。

2 人员闸门典型故障及优化改进

2.1 传动机构球头螺栓故障及优化改进

在人员进出安全壳的高峰期，人员闸门操作频繁造成闸门传动机构连杆球头锁紧螺母松动，导致人员闸门球头螺栓多次发生断裂故障。经统计，自人员闸门运行以来，共发生过20余次球头螺栓松动或断裂故障，其中3次造成闸门双开，导致安全壳负压上涨。故障发生的主要原因有以下2个方面：

（1）闸门电动开启时，舱内外压差较大导致门板受到阻力过大不动作，直到传动机构产生的扭矩大于阻力时，门板突然被弹开，球头螺栓因受到强大的冲击力产生疲劳损伤断裂。

（2）传动机构的球头螺栓没有防松脱装置，频繁操作闸门导致螺母松动，进而使螺纹区域发生疲劳断裂。

为了防止和减少此类故障的发生，进行以下优化改进：

（1）针对球头螺栓容易松动的情况，在球头螺栓上加工一个销孔，用花螺母替代原来的普通螺母，拧紧螺母后使用开口销穿过销孔卡住花螺母，防止螺母松动。

（2）针对球头螺栓断裂故障，对控制逻辑进行更改，改为舱内与壳外压力相同时方可电动操作闸门，防止球头螺栓受到较大冲击力。

2.2 限位开关故障及优化改进

故障模式1：发现人员闸门外门关闭到位后无法显示密封。故障原因：关门到位限位开关是俄供ПК1-01型接触式限位开关，由于人员闸门门板惯性较大，碰到门框胶条后会回弹并反复振荡，门板强大的冲击力和反复触碰限位开关触头造成关门到位限位开关触头及挡块磨损严重，进而导致门板关闭时关门到位限位开关失效。根据人员闸门工作原理，只有当关门到位和密封限位开关都触发时，人员闸门外门才能显示密封。但因关门到位限位开关失效，所以外门密封后无密封信号显示。

故障模式2：门板开到位后，开门到位限位开关未能有效触发，导致传动机构卡死。故障原因：由于人员闸门内门开门到位限位开关经多次触碰后发生松动，进行内门开启时门板开度到位后无法触发限位开关并给出电机停止信号，电机持续转动使闸门位置指示器指针越过内门全开位置到达指示器滑槽限位置。指示器指针通过螺母与丝杆配合传动，当指针走到极限位置后被壳体卡住无法继续移动，此时传动机构带动指示器丝杆继续转动，导致指示器螺母和丝杆之间产生力矩，使整个传动机构无法动作。

故障模式3：闭锁轴限位开关故障导致内外门同时出现非密封信号。故障原因：人员闸门经过多次启闭后，闭锁轴处的限位开关触头卡涩，限位开关触头不能正常回弹，导致在外门没有显示密封的情况下电机持续转动使内门出现解密封信号。

针对以上3类故障，进行以下优化改进：

（1）将4台人员闸门的关门到位和密封限位开关改为TOPWORX公司生产的非接触式限位开关。更换后，门板关闭时不会触碰和损伤限位开关，在人员闸门后续运行过程中，该限位开关状态良好，未再发生故障。

（2）对人员闸门操作规程升版优化。在操作规程中规定：在开启人员闸门时，操作人员必须在闸门开启到人员能够顺利通过的开度时，手动按下停止按钮，以防止闸门开过限位。

2.3 门框密封胶条故障及改进

1号2号机组人员闸门门框密封胶条是确保人员闸门密封性的重要部件，其截面如图2a所示，材质为硅橡胶。维修过程中，多次出现被压扁无法回弹，甚至压破等现象。

经过分析发现，人员闸门门框密封胶条易发故障的原因如下：（1）硅橡胶压缩永久变形量大，弹性差，易老化破损。

（2）俄供密封胶条通过挤出式工艺生产，胶条截面尺寸不不均匀，负公差的密封胶条与门框密封槽的配合较松；另一方面，门板压缩密封胶条时凸出部分容易发生倾斜，导致密封胶条的密封性较差。

针对俄供人员闸门门框密封胶条所存在的问题，对门框密封胶条进行国产化替代，主要改进如下：

（1）将胶条材质优化为三元乙丙橡胶。三元乙丙橡胶具有压缩永久变形小、物理机械性能和耐辐照性能好等优点，现已在国内核电站人员闸门上普遍使用。

（2）对胶条截面尺寸进行优化。针对原俄供胶条易倾倒且密封性差的缺点，国产胶条对胶条截面进行优化，增加胶条凸出部分根部宽度，以提高胶条的密封性能，国产胶条截面尺寸如图2b所示。

通过对胶条截面和材质的改进，人员闸门门框密封胶条的密封性能得到了大幅提升，且从国内采购胶条备件价格低、周期短。

图2 人员闸门门框密封圈截面

3 今后改进方向

田湾核电站1号2号机组人员闸门经过多年运行经验的积累及改进，性能得到了较大的提高，但仍有诸多问题有待改进。如：人员闸门限位开关或传动机构出现失效导致原本处于密封的一扇门出现解密封信号的问题，需要研究措施防止双开。