电动闸阀启动故障分析与处理

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中广核工程有限公司 作者:马高诚

  分析了某核电站电动闸阀无法通过电动装置正常操作阀门开启和关闭的原因,提出了降低阀门启动附加力矩或消除力矩开关跳动的方法。

1、概述

  电动闸阀是核电站安全壳喷淋系统(EAS) 和地坑的隔离设备。在核电站LOCA 工况的再喷淋阶段,电动闸阀开启,喷淋管线从安全壳地坑吸水为再喷淋提供冷却水源,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。在EAS 进入再喷淋阶段,电动闸阀( EAS013 - 014VB) 开启,喷淋管线从安全壳地坑吸水进行再循环喷淋,再循环喷淋可以持续几天到几个月。电动闸阀的可用性,决定了再喷淋循环能否正常进行,当电动闸阀无法正常操作时将导致EAS 不可用。

2、故障分析

  2.1、工况条件

  电动闸阀为电动远传平行板(带楔块) 闸阀,电动装置通过远传机构与阀门连接,远传机构中间存在3 个90°转向( 图1) 。在核电站调试期间,开关阀门时电动装置力矩开关动作,阀门无法正常开关。具体表现为,电动装置力矩测量组件的力矩杆频繁跳动,触发力矩开关动作,电动装置停止动作。当将电动装置的设定力矩增大时,故障得到缓解,但极不稳定,有时无法正常操作阀门。

电动闸阀启动故障分析与处理

图1 电动闸阀传动机构

  2.2、检测分析

  根据故障现象分析,造成电动装置无法正常启闭阀门的原因与阀门开关力矩、远传机构效率和电动装置性能等有关( 图2) 。

  现场使用力矩扳手直接操作阀门时,开关力矩不大于设计开关力矩。使用低转速电动装置启动远传装置时,可以正常开关阀门。证明阀门的开关力矩没有超过设计值。在图1 中位置①处加力矩测量装置测量电动装置对远传机构的输入力矩,位置②处加磁粉制动器( 模拟阀门开关力矩) 和力矩测量装置测量远传机构的输出力矩,输出力矩与输入力矩的比值即为远传机构的传动效率。经测量,远传机构的传动效率超过默认传动效率,证明远传机构的传动效率满足设计要求。使用电动装置专用的力矩校验台检验其输出力矩,电动装置的输出力矩满足设计要求。

电动闸阀启动故障分析与处理

图2 故障分析

  通过分析及测试,阀门、远传机构和电动装置性能符合工况要求。为了确定阀门、远传机构和电动装置配合是否是导致故障的原因,在电动装置的动力和控制线路中接入检测装置,在关阀开始时检测到电动装置的电机有3 次电流峰值,对应关方向力矩开关3 次切断动力电源( 图3) 。在阀门全关时开启阀门,电动装置运转正常。在阀门处于中间状态时无论开关阀门均可检测到电动装置2 ~3 次启动。

电动闸阀启动故障分析与处理

(a) 电流峰值(b) 关力矩开关动作

图3 动力和控制线路检测结果

  2.3、理论分析

  在阀门全关位置介质及静摩擦会引起阀门开启力矩过大。为避免全关位置电动装置不能正常开启阀门,电动装置在全关位置开启阀门时通过行程开关将力矩开关屏蔽,使力矩开关失效阀门正常开启,因此在全关位置开启阀门时,没有检测到电机多次启动。而阀门在其他状态时,力矩开关未被屏蔽,因此电动装置启动时电机有多次启动现象。

  通过对电流信号的定性分析,发现电动装置电机二次启动的时间间隔很短,此时电动装置启动信号还未消失,因此电动装置再次启动,直到带动阀门开启或启动信号消失。将电动装置设定力矩增大时,此时力矩开关不宜被触发,因此增加设定力矩可以使故障得到缓解。

  由于电动装置的力矩开关在启动时动作,说明此时附加力矩较大,超过电动装置的设定力矩导致力矩保护动作,电动装置不能正常运行。转动力矩M = Jβ(J———转动惯量,β———角加速度) 。通过对电机电流的定量分析,发现电动装置的电机启动时间为μs 级,导致角加速度非常大。使用低转速电动装置时,因其转速较低,启动时间较慢,故可以正常操作阀门。

  通过分析,得知电动闸阀因电动装置转速较快,启动时间较短,在惯性的作用下导致远传机构在启动时附加力矩较大,从而使启动时电动装置所需力矩较大,超过设定力矩。

3、改进

  为解决电动闸阀启动故障,只能通过降低启动时的附加力矩或通过电动装置的设备消除力矩开关的跳动。

  (1) 减小远传机构的惯性

  远传机构的惯性与远传机构形状、质量分布及转轴的位置等相关,属于固有特性,要改变固有特性需对远传机构重新设计,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为相关设计方案受传递力矩空间布置的制约。

  (2) 电动装置全开位置加力矩屏蔽装置

  类似于电动装置全关位置的力矩屏蔽,在全关位置加力矩屏蔽,可以保证阀门在全开全关位置正常启动,且阀门为全开全关阀,正常状态不存在中间位置。

  (3) 降低电动装置的转速

  在阀门开启行程和开启时间不变的情况,通过采用阀杆双头螺纹的形式,降低电动装置的转速。

4、结语

  针对核电站电动闸阀无法正常启动的原因,提出了故障处理方案,保证了系统的完整性和可用性。

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