VVER-1000型機(jī)組人員閘門故障分析與優(yōu)化改進(jìn)

易良川

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222042）

0 引言

田灣核電站1號(hào)2號(hào)機(jī)人員閘門有兩道實(shí)體密封閘門，可確保機(jī)組運(yùn)行期間人員進(jìn)出反應(yīng)堆廠房時(shí)，始終有一道門處于密封狀態(tài)，維持反應(yīng)堆廠房的正常負(fù)壓狀態(tài)。在田灣核電站人員閘門歷史運(yùn)行過程中曾多次出現(xiàn)故障，為了防止和減少此類故障的發(fā)生，維修人員針對(duì)這些故障進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。

1 人員閘門設(shè)備

田灣核電站1號(hào)2號(hào)機(jī)組人員閘門主要由承壓殼體、門板、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、應(yīng)急通風(fēng)裝置、壓力平衡閥、密封泄漏檢測(cè)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部件組成[1]。

1.1 人員閘門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、手輪輸入組件、齒輪分配機(jī)構(gòu)、內(nèi)外門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、內(nèi)外門密封驅(qū)動(dòng)軸等部分組成[2]，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 人員閘門電動(dòng)操作與控制原理

（1）閘門投入電動(dòng)模式：拔出內(nèi)外門及中艙手輪使其擋塊壓住限位開關(guān)觸點(diǎn)，將閘門置于電動(dòng)操作模式。

（2）閘門啟閉：按下開啟外門按鈕，外（內(nèi)）門解密封并開啟，直到門板觸發(fā)開門到位限位開關(guān)后停止，外（內(nèi)）門開啟完畢；按下關(guān)閉外（內(nèi)）門按鈕，門板閉合觸發(fā)關(guān)門到位限位開關(guān)，外門密封驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)到位后觸發(fā)密封限位開關(guān)，當(dāng)且僅當(dāng)關(guān)門到位和密封限位開關(guān)都觸發(fā)時(shí)，控制面板顯示外（內(nèi)）門密封，否則無法電動(dòng)開啟內(nèi)（外）門。

圖1 人員閘門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

1.3 密封泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

機(jī)組運(yùn)行期間，人員閘門內(nèi)外門保持密封，補(bǔ)氣系統(tǒng)向閘門艙充壓縮空氣，艙內(nèi)保持110～120 kPa壓力（絕對(duì)壓力），系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)艙內(nèi)壓力變化以達(dá)到監(jiān)測(cè)閘門密封性的目的。密封泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作邏輯：在主控將人員閘門投禁止操作工況后，當(dāng)閘門艙內(nèi)與安全殼外的壓力差≤10 kPa時(shí)，電磁閥動(dòng)作，開始補(bǔ)氣；當(dāng)閘門艙內(nèi)與安全殼外的壓力差≥20 kPa，或者電磁閥啟動(dòng)時(shí)間超過15 min時(shí)，電磁閥斷電，停止補(bǔ)氣；電磁閥停止補(bǔ)氣后30 min內(nèi)，如果閘門艙內(nèi)與安全殼外的壓力差≤12 kPa，閘門失密封報(bào)警。

2 人員閘門典型故障及優(yōu)化改進(jìn)

2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)球頭螺栓故障及優(yōu)化改進(jìn)

在人員進(jìn)出安全殼的高峰期，人員閘門操作頻繁造成閘門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連桿球頭鎖緊螺母松動(dòng)，導(dǎo)致人員閘門球頭螺栓多次發(fā)生斷裂故障。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，自人員閘門運(yùn)行以來，共發(fā)生過20余次球頭螺栓松動(dòng)或斷裂故障，其中3次造成閘門雙開，導(dǎo)致安全殼負(fù)壓上漲。故障發(fā)生的主要原因有以下2個(gè)方面：

（1）閘門電動(dòng)開啟時(shí)，艙內(nèi)外壓差較大導(dǎo)致門板受到阻力過大不動(dòng)作，直到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的扭矩大于阻力時(shí)，門板突然被彈開，球頭螺栓因受到強(qiáng)大的沖擊力產(chǎn)生疲勞損傷斷裂。

（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭螺栓沒有防松脫裝置，頻繁操作閘門導(dǎo)致螺母松動(dòng)，進(jìn)而使螺紋區(qū)域發(fā)生疲勞斷裂。

為了防止和減少此類故障的發(fā)生，進(jìn)行以下優(yōu)化改進(jìn)：

（1）針對(duì)球頭螺栓容易松動(dòng)的情況，在球頭螺栓上加工一個(gè)銷孔，用花螺母替代原來的普通螺母，擰緊螺母后使用開口銷穿過銷孔卡住花螺母，防止螺母松動(dòng)。

（2）針對(duì)球頭螺栓斷裂故障，對(duì)控制邏輯進(jìn)行更改，改為艙內(nèi)與殼外壓力相同時(shí)方可電動(dòng)操作閘門，防止球頭螺栓受到較大沖擊力。

2.2 限位開關(guān)故障及優(yōu)化改進(jìn)

故障模式1：發(fā)現(xiàn)人員閘門外門關(guān)閉到位后無法顯示密封。故障原因：關(guān)門到位限位開關(guān)是俄供ПК1-01型接觸式限位開關(guān)，由于人員閘門門板慣性較大，碰到門框膠條后會(huì)回彈并反復(fù)振蕩，門板強(qiáng)大的沖擊力和反復(fù)觸碰限位開關(guān)觸頭造成關(guān)門到位限位開關(guān)觸頭及擋塊磨損嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致門板關(guān)閉時(shí)關(guān)門到位限位開關(guān)失效。根據(jù)人員閘門工作原理，只有當(dāng)關(guān)門到位和密封限位開關(guān)都觸發(fā)時(shí)，人員閘門外門才能顯示密封。但因關(guān)門到位限位開關(guān)失效，所以外門密封后無密封信號(hào)顯示。

故障模式2：門板開到位后，開門到位限位開關(guān)未能有效觸發(fā)，導(dǎo)致傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡死。故障原因：由于人員閘門內(nèi)門開門到位限位開關(guān)經(jīng)多次觸碰后發(fā)生松動(dòng)，進(jìn)行內(nèi)門開啟時(shí)門板開度到位后無法觸發(fā)限位開關(guān)并給出電機(jī)停止信號(hào)，電機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使閘門位置指示器指針越過內(nèi)門全開位置到達(dá)指示器滑槽限位置。指示器指針通過螺母與絲桿配合傳動(dòng)，當(dāng)指針走到極限位置后被殼體卡住無法繼續(xù)移動(dòng)，此時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指示器絲桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致指示器螺母和絲桿之間產(chǎn)生力矩，使整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無法動(dòng)作。

故障模式3：閉鎖軸限位開關(guān)故障導(dǎo)致內(nèi)外門同時(shí)出現(xiàn)非密封信號(hào)。故障原因：人員閘門經(jīng)過多次啟閉后，閉鎖軸處的限位開關(guān)觸頭卡澀，限位開關(guān)觸頭不能正?；貜?，導(dǎo)致在外門沒有顯示密封的情況下電機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使內(nèi)門出現(xiàn)解密封信號(hào)。

針對(duì)以上3類故障，進(jìn)行以下優(yōu)化改進(jìn)：

（1）將4臺(tái)人員閘門的關(guān)門到位和密封限位開關(guān)改為TOPWORX公司生產(chǎn)的非接觸式限位開關(guān)。更換后，門板關(guān)閉時(shí)不會(huì)觸碰和損傷限位開關(guān)，在人員閘門后續(xù)運(yùn)行過程中，該限位開關(guān)狀態(tài)良好，未再發(fā)生故障。

（2）對(duì)人員閘門操作規(guī)程升版優(yōu)化。在操作規(guī)程中規(guī)定：在開啟人員閘門時(shí)，操作人員必須在閘門開啟到人員能夠順利通過的開度時(shí)，手動(dòng)按下停止按鈕，以防止閘門開過限位。

2.3 門框密封膠條故障及改進(jìn)

1號(hào)2號(hào)機(jī)組人員閘門門框密封膠條是確保人員閘門密封性的重要部件，其截面如圖2a所示，材質(zhì)為硅橡膠。維修過程中，多次出現(xiàn)被壓扁無法回彈，甚至壓破等現(xiàn)象。

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，人員閘門門框密封膠條易發(fā)故障的原因如下：（1）硅橡膠壓縮永久變形量大，彈性差，易老化破損。

（2）俄供密封膠條通過擠出式工藝生產(chǎn)，膠條截面尺寸不不均勻，負(fù)公差的密封膠條與門框密封槽的配合較松；另一方面，門板壓縮密封膠條時(shí)凸出部分容易發(fā)生傾斜，導(dǎo)致密封膠條的密封性較差。

針對(duì)俄供人員閘門門框密封膠條所存在的問題，對(duì)門框密封膠條進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化替代，主要改進(jìn)如下：

（1）將膠條材質(zhì)優(yōu)化為三元乙丙橡膠。三元乙丙橡膠具有壓縮永久變形小、物理機(jī)械性能和耐輻照性能好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在國(guó)內(nèi)核電站人員閘門上普遍使用。

（2）對(duì)膠條截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)原俄供膠條易傾倒且密封性差的缺點(diǎn)，國(guó)產(chǎn)膠條對(duì)膠條截面進(jìn)行優(yōu)化，增加膠條凸出部分根部寬度，以提高膠條的密封性能，國(guó)產(chǎn)膠條截面尺寸如圖2b所示。

通過對(duì)膠條截面和材質(zhì)的改進(jìn)，人員閘門門框密封膠條的密封性能得到了大幅提升，且從國(guó)內(nèi)采購膠條備件價(jià)格低、周期短。

圖2 人員閘門門框密封圈截面

3 今后改進(jìn)方向

田灣核電站1號(hào)2號(hào)機(jī)組人員閘門經(jīng)過多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累及改進(jìn)，性能得到了較大的提高，但仍有諸多問題有待改進(jìn)。如：人員閘門限位開關(guān)或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)失效導(dǎo)致原本處于密封的一扇門出現(xiàn)解密封信號(hào)的問題，需要研究措施防止雙開。