1 概述
在核電廠閘閥被廣泛的應用在管道上,起到對管路的截斷和流通的作用,在閥門能保證性能和壽命的前提下,閥門的安全性與可靠性取決于電動執行器,正確的合理應用電動執行器才能使電動閥門的安全性、可靠性得到更有效的保障并且保證電廠運行的安全性。
核電廠的運行工況,一般分為正常運行工況,異常擾動工況和事故工況。安裝在核電廠的電動閥門要能在三種不同工況下都能保證運行的安全性和可靠性。而安裝在閥門上的電動執行器的內部通常有力矩開關和限位開關。限位開關用來控制閥門在正常工況下的開關位置。力矩開關通常具有保護閥門和電動執行器不被損壞的目的。通常閘閥配備多回轉電動執行器。
2 電動執行器力矩開關和限位開關在閘閥中的應用
一般應用與核電站中的閘閥有兩個種類,分別是平行板閘閥和楔形板閘閥,我們都采用多回轉的執行器來控制閥門的開關。
對于楔形板閘閥在正常工況下,在關閉閥門的時刻需要較大的力矩實現密封性,而開啟時刻只需要限位開關限制行程位置即可。而在擾動工況和事故工況下閥門可能處于壓力較高的工況下,因此需要更高的力矩值來對閥門操作。但是這個力矩值過大則會損壞閥桿。因此在擾動和事故工況下開啟和關閉閥門都需要力矩開關設定合適的力矩值加以控制。
與楔形板閘閥不同的是平行板閘閥在正常工況下,開啟和關閉閥門都只需要限位開關來限制行程位置即可,不需要力矩控制。
具體力矩開關和限位開關在不同閥門中的應用見表1。
表1
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3 力矩值的分析與計算
閥門在出廠前力矩開關被設定為某個力矩值。此力矩值要通過計算來獲得,通常我們需要計算三個力矩值,分別是閥門開關需要的力矩值,閥桿在許用應力下最大能承受的力矩值和閥桿在屈服強度下最大能承受的力矩值。
3.1 閥門工作壓差下需要的最小開關力矩值T1。
按正常工況最高工作壓力計算出開、關力矩值在計算出的開關力矩值中選出最大值作為電裝額定扭矩。利用這個力矩值作為電動執行器額定輸出力矩范圍選擇的依據。
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F:閥桿的軸向力;Rmf:閥桿螺紋摩擦半徑;α:閥桿螺紋升角Ψ1:當量摩擦角,f2:軸承摩擦系數;Rm軸承半徑。
3.2 閥桿在許用應力下最大能承受的力矩值T2。
計算閥桿在許用應力S下所能承受的電裝輸出扭矩。電動執行器輸出扭矩超過這個力矩值閥桿將會超應力影響閥門的安全性。
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S:閥桿材料的許用應力;A:閥桿最小截面面積
其余符號與3.1所述相同。
3.3 閥桿屈服強度下所能承受的最大力矩值T3:
計算閥桿在屈服強度sy或0.7倍抗拉強度Re下閥桿所能承受的電裝輸出扭矩。電動執行器輸出扭矩超過這個力矩值閥桿將會損壞或者扭斷。
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sy:閥桿材料的屈服強度;Re:閥桿材料抗拉強度;A:閥桿最小截面面積
其余符號與3.1所述相同。
4 力矩開關的設置方法
4.1 對于平行板閘閥。
4.1.1 正常工況。
正常工況下,閥門的開關由限位開關控制,依據閥門的行程來設定限位開關的位置。
4.1.2 擾動工況。
當出現擾動工況時,如果介質壓力升高,開啟和關閉閥門時,需要比正常工況下更高的力矩,此時電動執行器的輸出力矩達到T2時,則受到TLS2力矩開關控制停止執行器工作。
4.1.3 事故工況。
當出現事故工況時,如果介質壓力升高,開啟和關閉閥門時,需要比擾動工況下更高的力矩,此時電動執行器的輸出力矩達到T3值時,則受到TLS3力矩開關控制停止工作。
4.2 對于楔形閘閥。
4.2.1 正常工況。
在正常工況下,閥門開啟需要限位開關的控制,當達到開啟高度的時候,觸碰執行器內部的限位開關,使執行器停止工作。在閥門關閉的時候執行器需要提供足夠大的力矩使密封面處緊密結合,實現密封性。因此當閥門關閉時需要設定力矩開關TLS1,當執行器輸出扭矩達到這個設置值T1時,閥門電動執行器停止工作。
4.2.2 擾動工況。
當出現擾動工況時,如果介質壓力升高,開啟閥門時,需要比正常工況下更高的力矩,此時電動執行器的輸出力矩達到T2值時,則受到TLS2力矩開關控制停止工作。關閉閥門時,當執行器輸出力矩達到T1值時,則受到TLS1力矩開關控制停止執行器工作。如果TLS1力矩開關損壞,那電動執行器繼續輸出力矩直到達到T2值,則受到TLS2力矩開關的控制停止執行器工作。
4.2.3 事故工況。
當出現事故工況時,如果介質壓力升高,開啟和關閉閥門時,需要比擾動工況下更高的力矩,執行器會通過TLS2力矩開關的控制停止執行器工作,如果TLS2力矩開關損壞,此時電動執行器的輸出力矩繼續增大達到T3值時,則執行器受到TLS3力矩開關控制停止工作。
4.3 因此電動執行器內部的力矩開關的設置可以保證閥門的安全性,閥門出廠前電動執行器的力矩開關的設置。值如表2所示。
表2
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5 結論
通過核電廠不同工況的分析,計算出電動執行器力矩開關在不同工況下的合理設置值。為電動執行器的力矩開關的設置提供了理論依據。