蓄電池間排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量值低的原因分析及處理

鄧長(zhǎng)橋，郜振曉，楊旭光

（中核遼寧核電有限公司，遼寧興城 125100）

0 引言

電廠運(yùn)行期間，控制廠房蓄電池間的蓄電池處于充電、浮充或放電等狀態(tài)，所處的環(huán)境直接影響其壽命：高溫將縮短電池壽命，低溫則降低電池放電性能。蓄電池投用時(shí)，會(huì)定期對(duì)蓄電池進(jìn)行充、放電，而在充電和浮充狀態(tài)時(shí)會(huì)產(chǎn)生氫氣和酸性氣體，易造成設(shè)備損壞且存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)。控制廠房排風(fēng)系統(tǒng)正是基于上述要求而設(shè)計(jì)的，用于對(duì)安全系列蓄電池間進(jìn)行排風(fēng)，使得蓄電池間壓力為微負(fù)壓并保持房間溫度為（18～25）℃，保證氫氣和酸性氣體濃度＜3%且有害氣體不向周邊擴(kuò)散。作為衡量調(diào)試結(jié)果好壞的重要依據(jù)，排風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)量是否滿足設(shè)計(jì)要求將直接影響廠房蓄電池間的正常投用。

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，排風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量一直低于設(shè)計(jì)要求，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池間的排風(fēng)，不僅導(dǎo)致該系統(tǒng)無法投用，還有造成蓄電池間設(shè)備損壞或存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)的可能，嚴(yán)重影響機(jī)組調(diào)試的工期。因此，研究和探討出一種可行性高的措施來提高蓄電池間排風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量值具有重要意義。

1 問題描述

該排風(fēng)系統(tǒng)有4個(gè)相同又互相獨(dú)立的系列分別為蓄電池房間通風(fēng)，系統(tǒng)由應(yīng)急電源供電，連續(xù)運(yùn)行。每個(gè)系列由2臺(tái)防爆風(fēng)機(jī)（1用1備）、防火花止回閥、帶壓力機(jī)構(gòu)的隔離閥及風(fēng)管組成。對(duì)系統(tǒng)調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中4個(gè)系列8臺(tái)風(fēng)機(jī)的總風(fēng)量在（1000～1500）m3/h 之間（表 1）。

表1 風(fēng)機(jī)風(fēng)量測(cè)試數(shù)據(jù)m/h

根據(jù)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)文件和GB 50243—2002《通風(fēng)與空調(diào)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》要求，系統(tǒng)風(fēng)量測(cè)量值與設(shè)計(jì)值允許偏差10%，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量為1900 m3/h，因此系統(tǒng)風(fēng)量測(cè)量值在（1710～2090）m3/h內(nèi)才能滿足驗(yàn)收準(zhǔn)則。顯然，目前的測(cè)量結(jié)果滿足不了設(shè)計(jì)文件和國(guó)標(biāo)的要求。

為了確定系統(tǒng)風(fēng)量小于設(shè)計(jì)值這一問題的真正原因，以系統(tǒng)的組成部件為分組依據(jù)，在4個(gè)系列分時(shí)段分地點(diǎn)采取了60組數(shù)據(jù)，以在每個(gè)時(shí)段各部件的工作狀態(tài)是否正常以及是否符合技術(shù)規(guī)格書的運(yùn)行準(zhǔn)則為標(biāo)準(zhǔn)，確定相應(yīng)的部件是否存在缺陷，以故障次數(shù)為衡量標(biāo)準(zhǔn)。60組數(shù)據(jù)的分布：風(fēng)機(jī)/電機(jī)2次，防沖擊波閥1次，風(fēng)管1次，止回閥56次。

圖1 圓形對(duì)開結(jié)構(gòu)的重錘式止回閥結(jié)構(gòu)

由上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，止回閥缺陷是系統(tǒng)風(fēng)量小于設(shè)計(jì)值的主要原因。進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該排風(fēng)系統(tǒng)的止回閥為圓形對(duì)開結(jié)構(gòu)的重錘式止回閥（圖1），有2個(gè)半圓的閥瓣，每個(gè)閥瓣繞傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)90°開啟，2根傳動(dòng)軸通過傳動(dòng)齒輪嚙合，一根傳動(dòng)軸上連接重錘桿，閥門立式安裝。其工作原理為：當(dāng)管道內(nèi)關(guān)閉的閥前形成正向壓力且風(fēng)速達(dá)到開啟風(fēng)速值時(shí)，閥瓣克服關(guān)閉力矩開啟，閥瓣的開啟角度隨管道內(nèi)風(fēng)速的變化而變化，風(fēng)速大時(shí)閥瓣開啟角度大，反之開啟角度小。當(dāng)管道內(nèi)閥門前后沒有壓差或有反向壓差時(shí)，重錘及閥瓣自重可使閥瓣自動(dòng)關(guān)閉，切斷介質(zhì)回流，實(shí)現(xiàn)其逆止功能[5]。

目前，在測(cè)量風(fēng)量過程中止回閥存在的缺陷：閥門全開度為75°～80°，而在風(fēng)機(jī)實(shí)際啟動(dòng)時(shí)，閥門僅自動(dòng)開啟 20°，此時(shí)測(cè)出風(fēng)量數(shù)據(jù)不滿足設(shè)計(jì)要求。而當(dāng)手動(dòng)將閥門開到55°左右（閥門在50°以上不會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果）時(shí)可測(cè)出符合設(shè)計(jì)要求的風(fēng)量數(shù)據(jù)，但在這個(gè)開度下停運(yùn)風(fēng)機(jī)，閥門不會(huì)自動(dòng)回座，喪失了止回閥應(yīng)有的功能。由上述實(shí)際調(diào)查情況可以確定，開度不足是止回閥缺陷產(chǎn)生的原因。

2 問題分析

造成該類止回閥開度不足的原因有很多。與設(shè)計(jì)院和廠家進(jìn)行溝通后，初步確認(rèn)的原因有傳動(dòng)齒輪失效、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)缺少潤(rùn)滑、閥瓣重量不足3項(xiàng)。

2.1 傳動(dòng)齒輪失效

因兩閥瓣之間靠傳動(dòng)齒輪聯(lián)動(dòng)，如果傳動(dòng)齒輪失效，則會(huì)造成閥瓣運(yùn)轉(zhuǎn)卡澀，使閥門的開度達(dá)不到要求，即“止回閥開度不足”。齒輪失效形式一般有輪齒折斷、齒輪崩角、齒面磨損、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合、齒面塑性變形等。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)開啟閥門齒輪箱對(duì)傳動(dòng)齒輪進(jìn)行檢查，確認(rèn)傳動(dòng)齒輪外形結(jié)構(gòu)完好，齒面光滑無磨損、無變形，兩齒輪嚙合完好無間隙。因此排除傳動(dòng)齒輪失效導(dǎo)致止回閥開度不足的可能。

水利工程一般建在高山、峽谷和荒灘、濕地等交通不便的地區(qū)，因此，為與外界聯(lián)系，還需要修筑公路、建設(shè)相應(yīng)的辦公和生活區(qū)等，工程現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)。

2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)缺少潤(rùn)滑

從止回閥的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理來看，如果止回閥的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間缺少潤(rùn)滑，運(yùn)轉(zhuǎn)卡澀，將導(dǎo)致閥門的啟閉卡澀，產(chǎn)生“止回閥開度不足”的問題。檢查閥門傳動(dòng)部件，傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)軸軸承潤(rùn)滑正常，手動(dòng)盤動(dòng)，無卡澀黏連感，因此排除是這一原因?qū)е轮够亻y開度不足的可能。

2.3 閥瓣重量不足

為了驗(yàn)證“止回閥開度不足”是否為“閥瓣重量不足”造成的，采用理論計(jì)算的方式進(jìn)行評(píng)判。設(shè)定閥瓣重量產(chǎn)生的力矩為Mb，重錘重力產(chǎn)生的力矩為Mz，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后氣流對(duì)閥瓣產(chǎn)生的力矩為 Mf。

式中 d——閥瓣的直徑，m；

mb—— —閥瓣的質(zhì)量，kg

Gb—— —閥瓣產(chǎn)生的重力，N

Gz—— —重錘產(chǎn)生的重力，N

Mb—— —閥瓣重力產(chǎn)生的力矩，，N·m

Mz—— —重錘重力產(chǎn)生的力矩，N·m

ρz—— —重錘材料的密度，kg/m3

ρb—— —閥瓣材料的密度，kg/m3

Vz—— —重錘的體積，m3

L——重錘與軸心的標(biāo)準(zhǔn)距離，m

F——風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后氣流對(duì)閥瓣產(chǎn)生的作用力，N

α——閥瓣開啟的角度，°

P—— —?jiǎng)訅海琍a

查閥門質(zhì)量手冊(cè)、安裝圖紙等資料，閥瓣直徑為282 mm，厚度3 mm，密度7.98 g/cm3；重錘直徑70 mm，厚度28 mm，與軸心的標(biāo)準(zhǔn)距離130 mm，密度7.93 g/cm3。

閥門開啟，需滿足 Mz＜Mb+Mf；閥門關(guān)閉，則需滿足 Mz＞Mb，即閥門正常運(yùn)行狀態(tài)下滿足Mb＜Mz＜Mb+Mf。根據(jù)風(fēng)機(jī)性能，其在最佳工況下產(chǎn)生的理論動(dòng)壓Pl=87 Pa?，F(xiàn)場(chǎng)使用風(fēng)量測(cè)量?jī)x對(duì)8臺(tái)風(fēng)機(jī)的動(dòng)壓進(jìn)行測(cè)量（表2）。

表2 風(fēng)機(jī)動(dòng)壓測(cè)量數(shù)據(jù) Pa

可以看到，測(cè)得的最大動(dòng)壓值為Pc=54 Pa。將此值代入公式，經(jīng)過計(jì)算整理可得：r=141 mm=0.141 m，δ=3 mm=0.003 m，L=130 mm=0.13 m，ρb=7.98 g/cm3=7.98×103kg/m3，ρz=7.93 g/cm3=7.93×103 kg/m3，Vz=π×0.0352×0.028=1.08×10-4m3，Pl=87 Pa=87 N/m2，Pc=54 Pa=54 N/m2，g=9.8 N/kg，cosα 為變量。

由上述數(shù)據(jù)可得，閥瓣的實(shí)際質(zhì)量 mb=ρb×πr2δ=1.49 kg。

將上述整理的數(shù)據(jù)和理論動(dòng)壓Pl代入到公式（1）、（2）、（3），得到閥瓣質(zhì)量的理論區(qū)間1.33＜mb1＜1.88。即閥瓣的實(shí)際質(zhì)量1.49 kg滿足其理論區(qū)間，理論上可以正常開啟和關(guān)閉。

將上述整理的數(shù)據(jù)和測(cè)量動(dòng)壓 Pc代入到公式（1）、（2）、（3）中得到閥瓣質(zhì)量的測(cè)量區(qū)間1.54＜mb2＜1.88。閥瓣的實(shí)際質(zhì)量1.49 kg，小于使閥門開啟的最小值1.54 kg，閥門不能正常開啟。

通過上述分析認(rèn)為，閥瓣質(zhì)量不足以使閥門正常開啟，是“止回閥開度不足”的根本原因。

3 處理措施

3.1 制定問題處理方案

為了解決由于“閥瓣重量不足”而導(dǎo)致的“止回閥開度不足”問題，與設(shè)計(jì)院和廠家溝通后提出了3種改進(jìn)方案，并分析了方案的優(yōu)缺點(diǎn)（表3）。

綜合評(píng)定上述各方案的優(yōu)缺點(diǎn)后，確定“增加閥瓣厚度”為解決方案。

表3 方案評(píng)價(jià)表

3.2 實(shí)施問題解決方案

具體的對(duì)策實(shí)施分為閥瓣厚度計(jì)算和更換后效果檢查2個(gè)環(huán)節(jié)。

3.2.1 閥瓣厚度計(jì)算

在 2.3 中，推導(dǎo)計(jì)算得出閥瓣實(shí)際質(zhì)量 mb實(shí)=ρb×πr2δ=1.49 kg，而 1.54 kg＜mb測(cè)＜1.88 kg，因此需要增加的閥瓣質(zhì)量（0.05～0.39）kg。

3.2.2 更換效果檢查

確定完需更換的閥瓣厚度后，聯(lián)系廠家，要求配送相應(yīng)閥瓣，待配件到貨后按照更換計(jì)劃對(duì)止回閥閥瓣進(jìn)行更換。安裝完成后，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)重新測(cè)量各通道止回閥的開度（表4）。

表4 止回閥開度測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果可以看出，在增加風(fēng)機(jī)出口止回閥閥瓣厚度后，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)止回閥開度滿足不小于50°的要求。試驗(yàn)組成員又重新測(cè)量了3組各通道的排風(fēng)量數(shù)據(jù)（表5）。

表5 風(fēng)機(jī)風(fēng)量測(cè)試數(shù)據(jù) m3/h

測(cè)量結(jié)果顯示，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)風(fēng)量值（1750～2050）m3/h，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量（1710～2090）m3/h的要求。

由此可以看出，當(dāng)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，閥門能夠處于全開狀態(tài)，同時(shí)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量能夠達(dá)到要求；關(guān)閉風(fēng)機(jī)后止回閥能自動(dòng)回座，說明采取的措施已解決了問題。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，蓄電池間排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量值低是由于止回閥閥瓣重量不足導(dǎo)致止回閥開度不足引起的。經(jīng)過合理技術(shù)改造，制定了提高閥瓣重量的解決措施，很好地解決了蓄電池間排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量值低的問題。同時(shí)，針對(duì)以上技術(shù)改造，還從其他方面給出了鞏固措施。

（1）嚴(yán)格審查提交給廠家設(shè)備采購(gòu)文件的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，確保其準(zhǔn)確性。

（2）派專業(yè)的驗(yàn)收人員到廠家現(xiàn)場(chǎng)見證設(shè)備出廠前的性能驗(yàn)證試驗(yàn)，避免出現(xiàn)設(shè)備出廠性能不達(dá)標(biāo)的情況。

（3）加強(qiáng)對(duì)設(shè)備運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)節(jié)的監(jiān)管力度，避免設(shè)備在運(yùn)輸和安裝過程中發(fā)生損壞。

這次針對(duì)蓄電池間排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量值低的原因分析及處理方法，希望能為同類工況下排風(fēng)系統(tǒng)調(diào)試過程提供參考。

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