三門核電旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)鏈條松動(dòng)報(bào)警裝置改造

摘要：三門核電旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，是循環(huán)水系統(tǒng)的重要過濾設(shè)備。現(xiàn)介紹旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)鏈條松動(dòng)報(bào)警裝置的原始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析鏈條松動(dòng)報(bào)警裝置在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的故障，并提出有針對(duì)性的改造方案，以保證旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：三門核電;旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng);鏈條松動(dòng)報(bào)警裝置;改造

0? ? 引言

旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)作為循環(huán)水系統(tǒng)的重要過濾設(shè)備，與上游的攔污柵配套使用，可有效攔截循環(huán)水中的水草、魚蝦等水生物以及其他雜物，以保證進(jìn)入凝汽器的循環(huán)水達(dá)到一定的水質(zhì)條件。

三門核電旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)是鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其運(yùn)行狀況是否良好直接決定循環(huán)水系統(tǒng)是否可靠運(yùn)行，進(jìn)而決定凝汽器的運(yùn)行工況，對(duì)整個(gè)電廠的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。本文將在介紹旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)原報(bào)警裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理的基礎(chǔ)上分析其在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的故障，并提出有針對(duì)性的改造方案，以保證旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的可靠運(yùn)行。

1? ? 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)鏈條松動(dòng)報(bào)警裝置原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鏈條松動(dòng)報(bào)警裝置主要由鉸板組件、鋼絲繩、拉桿、護(hù)套管、彈簧、撞塊、行程開關(guān)等組成，如圖1、圖2所示。其主要作用是當(dāng)連接網(wǎng)板的鏈條變長松動(dòng)時(shí)，在整個(gè)濾網(wǎng)網(wǎng)板自重向下的力作用下，鏈條上的滾輪通過軌道上的開口處壓向鉸板組件，鉸板組件受力后拉動(dòng)鋼絲繩和拉桿并克服彈簧彈力，使撞塊向下動(dòng)作觸動(dòng)行程開關(guān)，從而斷電保護(hù)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的安全。

2? ? 鏈條松動(dòng)報(bào)警裝置原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷

在原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼絲繩外部設(shè)有316L材質(zhì)的護(hù)套管，用于防止水流或其他異物干擾鋼絲繩而使報(bào)警裝置誤動(dòng)作，該設(shè)計(jì)仍有以下不足之處：

（1）鋼絲繩直接與海水接觸，縮短了鋼絲繩的使用壽命。

（2）相比于鋼絲繩（?6 mm，鋼絲繩芯），鋼絲繩上部的螺紋拉桿（M8、316L材質(zhì)、長440 mm）更容易斷裂（鋼絲繩最小破斷拉力22.10 kN，拉桿破斷拉力約4 200 N），同時(shí)在鋼絲繩上部還有約6 m沒有護(hù)套管。報(bào)警裝置動(dòng)作后，若發(fā)生拉桿斷裂，斷裂的拉桿和鋼絲繩極易進(jìn)入網(wǎng)板，可能會(huì)引起濾網(wǎng)卡澀。

（3）報(bào)警裝置動(dòng)作時(shí)，鉸板組件的圓弧運(yùn)動(dòng)必然會(huì)引起鋼絲繩與護(hù)套管相互碰磨，如圖3所示，長此以往，鋼絲繩必然斷裂失效。

3? ? 鏈條松動(dòng)報(bào)警裝置改造方案

針對(duì)廠家原設(shè)計(jì)鏈條松動(dòng)報(bào)警裝置結(jié)構(gòu)的缺陷，進(jìn)行如下針對(duì)性改造：

3.1? ? 改造方案介紹

重新設(shè)計(jì)一種用于海水環(huán)境下可拆裝的鋼絲繩密封導(dǎo)向組件，如圖4所示，將原有的鋼絲繩更換為涂塑鋼絲繩，涂塑鋼絲繩兩端剝離涂塑層，裸露的部分鋼絲繩安裝至兩端的夾緊密封組件，密封組件由夾緊座、夾緊片、夾緊螺母組成，為了保證裸露部分鋼絲繩不被海水腐蝕，設(shè)計(jì)用葛蘭頭對(duì)該部分裸露鋼絲進(jìn)行密封。同時(shí)，兩端的密封組件配有一個(gè)尼龍導(dǎo)向套作為導(dǎo)向，以使報(bào)警裝置動(dòng)作時(shí)鋼絲繩與護(hù)套管不會(huì)碰磨。下部密封組件通過連桿與鉸板組件連接，上部密封接頭組件通過拉桿與行程開關(guān)組件直接連接。

該方案的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是鋼絲繩夾緊密封結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)使用夾緊座、錐形夾緊片（帶內(nèi)螺紋）和夾緊螺母可實(shí)現(xiàn)該功能，同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)夾緊座的密封功能，在夾緊座頭部設(shè)有一個(gè)電纜葛蘭頭的密封結(jié)構(gòu)（圖5）。夾緊座裝配于尼龍導(dǎo)向套，除鋼絲繩在護(hù)套管內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)能起到導(dǎo)向作用外，也能有效避免鋼絲繩與護(hù)套管發(fā)生碰磨。尼龍導(dǎo)向套兩側(cè)加工扁平面，可以防止泥沙淤積，同時(shí)在下部尼龍導(dǎo)向套上加工一扁平槽，與護(hù)套管上的螺紋擋銷（圖6）配合使用，可以保證拉桿和鋼絲繩組件斷后仍舊滯留在護(hù)套管內(nèi)，避免了其進(jìn)入濾網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。

連接套與下部夾緊螺母通過背帽螺紋連接，連桿一端通過銷軸連接至連接套，連桿另一端通過銷軸連接至鉸板組件，連接套與下部夾緊螺母頭部設(shè)計(jì)成間隙配合，可以轉(zhuǎn)動(dòng)。該結(jié)構(gòu)可以保證在水下作業(yè)時(shí)連接連桿與鉸板組件更方便，不用轉(zhuǎn)動(dòng)整根鋼絲繩組件，只需要轉(zhuǎn)動(dòng)連接套（連同連桿）即可保證連桿與鉸板組件正確連接。

3.2? ? 詳細(xì)設(shè)計(jì)分析

3.2.1? ? 夾緊片與夾緊座配合錐度C的設(shè)計(jì)

夾緊片與夾緊座錐面配合，夾緊片材質(zhì)選用1Cr18Ni9Ti，夾緊座材質(zhì)為316L，兩者皆為軟鋼，滑動(dòng)摩擦系數(shù)為f=0.4[1]。為了實(shí)現(xiàn)錐面配合的良好自鎖效果，需要進(jìn)行配合錐度C的設(shè)計(jì)，示意圖如圖7所示。

根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)，為了保證夾緊座與夾緊片之間的良好自鎖，夾緊座與夾緊片之間的滑動(dòng)摩擦角ρ大于傾斜角θ（壓力角）[2]。由于滑動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.4=tan ρ，當(dāng)ρ>θ，則f>tan θ，同時(shí)tan θ=，所以得到錐度：C=2tan θ<2f。

設(shè)計(jì)錐度C小于2倍摩擦系數(shù)即可，即錐度<0.8，從常用錐度推薦值及部件尺寸考慮，取錐度為1：10，足以保證夾緊片與夾緊座配合后自鎖。

3.2.2? ? 拉桿、鋼絲繩和連桿組件中各部件抗拉或抗剪應(yīng)力分析

（1）拉桿許用拉力：鋼絲繩上部的拉桿螺紋尺寸M8，小徑d=6.65 mm，主要受拉力，材質(zhì)316L，許用拉應(yīng)力[σ]=120 MPa。因此，拉桿的許用拉力為 N=[σ]×=120×≈4 168 N

（2）涂塑鋼絲繩破斷拉力：選用的公稱直徑6 mm的鋼芯鋼絲繩（GB 8918—2006），材質(zhì)316L，涂塑后外徑8 mm，最小破斷拉力為18.9 kN。

（3）?16 mm銷軸許用剪力：?16 mm銷軸，用于連接連桿與連接套，連接連桿與鉸板組件，主要受剪力的作用，銷軸材質(zhì)316L，許用剪應(yīng)力[τ]=72～96 MPa，取[τ]=72 MPa計(jì)算，得到銷軸許用剪力為：? ? ?Q=[τ]×=72×≈14 476 N

（4）下部夾緊螺母螺桿許用拉力：下部夾緊螺母主要受拉力作用，其尺寸如圖8所示。

材質(zhì)316L，許用拉應(yīng)力[σ]=120 MPa，螺桿螺紋M12，小徑d=10.65 mm，退刀槽直徑10 mm，因此以?10 mm計(jì)算許用拉力：N=[σ]×=120×≈9 425 N

（5）連桿許用拉力：連桿主要受拉力作用，連桿材質(zhì)316L，許用拉應(yīng)力[σ]=120 MPa，由圖9知最危險(xiǎn)斷面為14 mm×8 mm，因此其許用拉力為：? N=[σ]×S=120×14×8=13 440 N

綜合以上計(jì)算結(jié)果，鋼絲繩上部的拉桿可承受的拉力最小。因此，在受到一定拉力作用的情況下，若上部拉桿發(fā)生斷裂，其他部件也能保持完好。

3.3? ? 改造后鏈條松動(dòng)報(bào)警裝置的優(yōu)點(diǎn)

（1）使用涂塑鋼絲繩，同時(shí)設(shè)計(jì)了鋼絲繩夾緊和密封結(jié)構(gòu)，鋼絲繩不與海水接觸，延長了鋼絲繩使用壽命。

（2）使用尼龍導(dǎo)向套，避免了報(bào)警裝置動(dòng)作時(shí)鋼絲繩與護(hù)套管相互碰磨。

（3）若發(fā)生拉桿和鋼絲繩組件斷裂，斷裂后的拉桿和鋼絲繩組件只會(huì)停留在護(hù)套管內(nèi)，避免了其進(jìn)入濾網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）在機(jī)組運(yùn)行期間，若需要更換鋼絲繩組件，所有的部件可在水上組裝完成后，穿過護(hù)套管下落，水下作業(yè)時(shí)只需要擰入螺紋擋銷、連接連桿和連接套兩步，操作便捷迅速，大大縮短了水下作業(yè)時(shí)間。

4? ? 結(jié)語

本文對(duì)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的鏈條松動(dòng)報(bào)警裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的分析，提出了原設(shè)計(jì)存在的問題，即存在鋼絲繩與護(hù)套管碰磨后發(fā)生斷裂并易絞入濾網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。新報(bào)警裝置避免了鋼絲繩與護(hù)套管直接碰磨，實(shí)現(xiàn)了鋼絲繩與海水隔離，具有使用壽命長、鋼絲繩組件斷裂后不會(huì)進(jìn)入濾網(wǎng)以及水下更換便捷等特點(diǎn)，目前已有8臺(tái)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)應(yīng)用于三門核電一期工程，運(yùn)行效果很好。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王義質(zhì)，李叔涵.工程力學(xué)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2004.

[2] 龍振宇.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

收稿日期：2020-03-17

作者簡介：楊安東（1986—），男，重慶人，工程師，從事水泵維修、生產(chǎn)計(jì)劃管理等工作。