鼓形濾網安全銷斷裂缺陷分析

□劉 通 王緒懿 程嘉林

秦山第二核電廠3、4號機組的SEC(安全廠用水)和CRF(海水循環系統)系統各配備了4臺鼓形濾網,鼓網驅動電機聯軸器為普通膜片式聯軸器，傳動軸聯軸器為安全銷式剛性聯軸器，該種聯軸器補償作用和減震能力較差，承受外部沖擊能力較低，數次發生安全銷斷裂事故，導致鼓網失去電機驅動力，影響鼓網的正常穩定運行,進而導致機組降功率，需對該聯軸器進行改造換型，增加鼓網運行的可靠性。三號機組303大修期間，實施臨時措施將3CRF202TF(B列鼓形濾網)鼓網剛性聯軸器更換為蛇簧聯軸器，運行狀態良好滿足系統要求，經公司討論決定對3、4號機組所有鼓網電機和傳動軸聯軸器進行技術改造。本文根據循環水系統鼓網安全銷缺陷，對后續開展的一系列處理對策進行分析。

一、鼓網結構簡介

秦山核電第二核電廠3、4號機組所用的鼓形濾網均由一個旋轉的筒形骨架組成，在骨架圓周方向上安裝有過濾網片。鼓骨架采用I字型(CRF鼓網采用A字型結構)結構，各零部件主要由型鋼制成，采用螺栓聯接，由安裝在主軸上的兩個輪轂支撐；主軸兩端裝有雙列調心滾子軸承，軸承座采用盤根密封，由安裝在操作平臺上鼓網兩側的油箱中的潤滑油通過重力對主軸承進行潤滑。在鼓骨架的中心沿圓周方向安裝有大齒圈，由安裝在傳動軸末端的小齒輪驅動鼓骨架上的大齒輪，帶動鼓網旋轉。

驅動裝置中的減速機采用平行軸齒輪箱結構，減速機輸出軸與傳動軸輸入端用帶有安全銷的安全聯軸器連接，傳動軸的輸出端安裝小齒輪；減速機兩個輸入軸分別通過兩個超越離合器連接兩個電機，即分別配有一臺主電機(高/低速)及一臺備用電機(低速)。當主電機正常工作時，備用電機端的超越離合器脫開，備用電機停止工作；當主電機發生故障無法運行時，可由主控指令啟動備用電機，鼓網繼續運行，同時主電機端的超越離合器脫開，主電機停止工作。減速機輸出軸端的安全聯軸器中安裝有2個對稱的安全銷，可提供機械過載保護，且安裝在傳動軸上的半聯軸器的外圓柱表面加工有6個齒槽平面(豁口)，在此處安裝一個接近開關，固定在聯軸器罩殼上，當其每旋轉一周時，接近開關可向就地儀表箱提供6組通、斷信號，就地儀表箱根據此信號有無判斷設備是否過載，并發出過載信號。就地儀表箱在設備運行(與運行聯鎖)時做判斷。

二、CRF鼓形濾網安全銷斷裂事件簡介

(一)事件背景。2013年4月某日，現場人員在日常巡檢過程中，發現3CRF202TF轉速明顯高于3CRF201TF。就地查看鼓網壓差計無異常，兩臺鼓網都顯示在低速運行，立即匯報上級主控。主控人員緊急聯系維修機械人員,現場檢查后確認3CRF202TF安全銷斷裂。

(二)事件原因。3號機組上次302大修期間，由于3CRF202TF鼓網因大齒圈磨損較嚴重，更換了全部60個大齒。導致鼓網的運行情況與設計工況不符，表現為鼓網帶動小齒輪轉動，小齒輪受力情況與設計工況有差別，同時因為大齒圈鑄造件，鑄造尺寸存在誤差，導致新的大齒圈與新的小齒輪的嚙合不好，產生附加動載荷，出現沖擊和振動，長時間在新的大齒圈與新的小齒輪沒有磨合好前運行，導致傳動軸靠背輪與齒輪箱靠背輪之間的安全銷會長期斷裂承受額外的交變應力，影響其使用壽命。

(三)事件處理。由于在四月份先后兩次出現相同缺陷，首次時機組降功率停CRF循環水泵處理的。第二次處理嘗試不降機組功率，不停CRF泵，直接卡死3CRF202TF鼓網，然后迅速更換安全銷的方法來處理。以前使用的安全銷，中間有凹槽，第二次更換的安全銷為此次更換的安全銷中間沒有凹槽的安全銷，承受的剪切力要比有凹槽的安全銷大，對二級電氣保護要求更高。

三、針對鼓形濾網安全銷斷裂缺陷的技術改造方案分析

(一)技術改造的背景。二廠鼓網采用一級機械保護與二級電氣保護的雙重保護措施。一級機械保護通過傳動軸與齒輪箱聯軸器上對稱布置的兩個帶有中間槽的安全銷進行保護，該安全銷中間槽直徑尺寸為廠家根據鼓網理論設計扭力計算確定，當鼓網因被異物卡澀等原因導致其受力過大，使安全銷傳遞扭力超過其設計值時該安全銷自行斷裂，鼓網便與驅動裝置脫開，防止鼓網損壞。但實踐證明因理論設計與現場實際存在一定差距，導致鼓網正常運行或高低速切換期間該安全銷頻繁斷裂，影響鼓網穩定運行。1、2號機組鼓網安全銷中間槽尺寸最初設計直徑為Φ12mm，但因鼓網正常運行后安全銷頻繁斷裂，所以將中間槽直徑增大為Φ16mm，至此安全銷斷裂次數相對明顯減少。3、4號機組安全銷中間槽最初設計直徑為Φ14mm，但因鼓網正常運行后安全銷頻繁斷裂，所以參照1、2號機組鼓網經驗，改用1、2號機組鼓網安全銷，隨后安全銷斷裂次數明顯減少。

隨著大修期間對3CRF202TF鼓網小齒輪和齒條全部更換新備件后，安全銷斷裂情況又頻繁發生，而其它未更換齒條的鼓網安全銷情況良好，經現場測量驗證及嚙合痕跡判斷分析認為因齒條與小齒輪均為鑄件，其鑄造精度不高，致使新齒條與新齒輪嚙合不好，導致嚙合位置產生一定沖擊力，通過傳動軸傳遞至安全銷，進而使安全銷頻繁斷裂。一旦小齒輪與齒條磨合好后，該額外的沖擊力即可消失，安全銷也將不再會頻繁斷裂問題。二級電氣保護通過對驅動電機設定熱繼保護值實現，而針對二廠存在一級機械保護(即安全銷保護)的情況下，熱繼保護值的設定便僅起到保護電機的作用，實際在安全銷保護有效的情況下該熱繼保護永遠不會觸發。

(三)技改后新式聯軸器的特點。鼓網傳動軸最高轉速為10.7r/min,轉矩最大為14,707N.m,新蛇簧聯軸器許用轉速為1,800r/min,公稱轉矩為18,000N.m，完全滿足現場使用要求。此蛇簧聯軸器為撓性聯軸器，其彈性好、緩沖減震能力強、工作可靠、承載能力大，具有較好的補償綜合位移的能力，對所連兩軸的徑向和角度方向都有一定的補償能力。相比而言，蛇形彈簧聯軸器是一種結構先進的金屬彈性聯軸器，它以蛇形彈簧片軸向嵌入兩半聯軸器的齒槽內，來實現原動機與工作機的聯接。

四、結語

技術改造至今，秦山第二核電廠3、4號機組所有鼓網運行良好，未再出現安全銷斷裂缺陷，在降低設備故障率的同時增強了機組的安全性，減少了維修成本，技術要求和經濟效益達到了預期效果,完全能滿足核電設備運行和大修期的要求。由此表明，技術改造中所采用的蛇形彈簧聯軸器技術成熟，使用可靠，效果顯著。