核級閥門電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)濕熱試驗研究

郭 慶，龔九洲，張 為

（揚(yáng)州電力設(shè)備修造廠，江蘇 揚(yáng)州 225003）

0 概 述

核級閥門電動執(zhí)行器是用于控制核電站的相關(guān)電動閥門［1，2］，從而保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是核電站的重要設(shè)備之一。濕熱試驗是人工模擬自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境中濕熱因素的一種加速試驗方法［3－5］。模擬環(huán)境氣候可能出現(xiàn)的溫度、濕度等參數(shù)，使試驗條件基本上與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)實際使用情況一致。試驗在不扭曲現(xiàn)存條件的情況下，加速和強(qiáng)化各參數(shù)的作用，以達(dá)到測試的目的。核級閥門電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的濕熱試驗，常用以考核執(zhí)行機(jī)構(gòu)對濕熱環(huán)境的適應(yīng)性。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種90°角度行程、運(yùn)行時間短、輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。采用濕熱試驗，可驗證核級閥門電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能。

1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成及參數(shù)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是開啟或關(guān)閉核電站的風(fēng)閥、閘閥、截止閥等，其主要由罩蓋，下殼體、連接盤、驅(qū)動電機(jī)、手動部件、電氣組件及傳動部件等零部件構(gòu)成，如圖1所示。傳動部件由一對正齒輪及NN型少齒差行星齒輪組成。主要技術(shù)參數(shù)［6］：

重量：≯20kg；

安全類別：K3；

防護(hù)等級：IP67；

額定轉(zhuǎn)矩：250N·m；

輸出轉(zhuǎn)速：0.85r／min；

運(yùn)動方式：部分回轉(zhuǎn)。

圖1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

2 濕熱試驗

濕熱試驗的目的是驗證電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在高溫高濕條件下是否還能正常工作。將執(zhí)行機(jī)構(gòu)放置于可編程控制溫度及濕度的試驗箱內(nèi)，經(jīng)過一定的實驗周期后，取出執(zhí)行機(jī)構(gòu)，檢查其外觀并使用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)測試臺測試執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能。

2.1 濕熱試驗

濕熱試驗所使用的可程式高低溫濕熱試驗箱的溫度范圍為－70～100℃，濕度偏差為±3%RH。濕熱試驗過程主要分為2個循環(huán)階段。整個濕熱試驗過程：

（1）穩(wěn)定階段

設(shè)置可程式高低溫濕熱試驗箱，箱內(nèi)溫度為22～28℃，濕度為45%～75%，穩(wěn)定一段時間后，在1h內(nèi)將濕度增加至95%以上。

（2）第一個循環(huán)的升溫階段

在不調(diào)整濕度的條件下，按照每小時10℃的速率升溫，3h內(nèi)將溫度升至55℃；隨后在55℃保持9 h，在此期間，適度調(diào)整濕度在90%～96%。

（3）第一個循環(huán)的降溫階段

按照每小時10℃的速率降溫，3h將溫度降至25℃，期間允許最低濕度為80%；之后在25℃保持9h，期間將濕度調(diào)高，使其大于95%。

（4）第二個循環(huán)的升溫與降溫

第二個循環(huán)與第一個循環(huán)的溫度變化、濕度變化及保持時間均相同。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)放置于高低溫濕熱試驗箱的位置，如圖2所示。從圖2可知，試驗箱模擬了實際運(yùn)行工況，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸為水平位置擺放。在試驗過程中，試驗箱內(nèi)的濕熱溫度、濕度與時間的對應(yīng)關(guān)系，如圖3、圖4所示。在整個濕熱試驗過程中，將實際溫度和濕度控制在設(shè)定范圍內(nèi)。經(jīng)過濕熱試驗后，取出電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，檢查其表面狀態(tài)，未發(fā)現(xiàn)表面有腐蝕現(xiàn)象。

圖2 高低溫濕熱試驗箱內(nèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

圖3 溫度隨時間的關(guān)系

圖4 濕度隨時間的關(guān)系

2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能特性試驗

經(jīng)過濕熱試驗后的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行基本性能測試，主要是測試全行程的運(yùn)行時間和輸出力矩，通過電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)測試臺進(jìn)行測試。測試臺檢測力矩范圍為8～750N·m，檢測角度位置精度為0.1°，檢測力矩精度為0.1N·m，輸入電壓為380V。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)測試臺及試驗軟件的界面，如圖5所示。

圖5 測試臺與軟件界面

對電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)開行程、關(guān)行程各進(jìn)行5次試驗，所對應(yīng)的全行程運(yùn)行時間，如圖6所示。從圖6可知，全行程運(yùn)行時間的最大值為18.67s，出現(xiàn)在第4次測試的關(guān)閉方向；全行程運(yùn)行時間的最小值為17.14s，出現(xiàn)在第1次測試的關(guān)閉方向。每次全行程時間均小于19s。

圖6 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)全行程運(yùn)行時間

對電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)開行程、關(guān)行程各進(jìn)行了5次試驗，所對應(yīng)的輸出力矩，如圖7所示。從圖7可知，經(jīng)過5次開、關(guān)行程，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩的最大值為260.3N·m，出現(xiàn)在第5次測試的關(guān)閉方向；電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩的最小值為241.1 N·m，出現(xiàn)在第4次測試的開啟方向。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的額定輸出力矩為250N·m，5次開、關(guān)行程的力矩測試值均為250N·m左右。

圖7 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩

3 結(jié) 語

按照規(guī)定的濕熱試驗條件，使用高低溫濕熱試驗箱對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行濕熱試驗。通過測試，得到電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性參數(shù)。

（1）試驗時的實際溫度和濕度均在控制范圍內(nèi)，濕熱試驗后，未發(fā)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的表面有腐蝕現(xiàn)象。

（2）在全行程測試中，測試的5次開、關(guān)的全行程時間均在19s之內(nèi)，符合設(shè)計要求。

（3）測試了電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力矩，對開、關(guān)行程各進(jìn)行5次測試，輸出力矩穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)矩250N·m左右。

試驗驗證了核級閥門電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)符合設(shè)計要求，在溫濕環(huán)境下，核級閥門的性能特性不受影響。