核級閥門電動執行機構防護試驗研究

錢 榮

（揚州電力設備修造廠，江蘇揚州 225003）

0 概述

核級閥門電動執行機構是用于控制核電站的相關電動閥門[1-2]，進而保障系統的安全運行，是核電站的重要設備。防護試驗是人工模擬電動執行機構外殼對固體異物、粉塵、水等有效防護的一種試驗方法[3-4]，主要是根據規定的檢驗方法，檢驗外殼對接近危險部件、防止固體異物進入或水進入殼體的保護程度。核級閥門電動執行機構的防護試驗一般用以考核執行機構防塵和防水的性能。本文針對用于核電站的核級閥門電動執行機構進行防護試驗研究，該執行機構是一種90°角度行程，運行時間短，輸出轉矩穩定的電動執行機構。

1 執行機構構成及參數

執行機構主要是開啟和關閉核電站的風閥、閘閥、截止閥等，其主要由罩蓋、下殼體、連接盤、驅動電機、手動部件、電氣組件及傳動部件等零部件構成，見圖1，主要技術參數如下[5]：

圖1 執行機構結構圖

重量：≤20 kg；

安全類別：K3；

防護等級：IP65；

額定轉矩：250 N·m；

輸出轉速：0.85 r/min；

運動方式：部分回轉。

2 外殼防護試驗

外殼防護試驗的目的是在經過防護試驗后，測試執行機構殼體防止固體異物進入殼內設備和水進入殼內的防護性能。外殼防護試驗主要分為防塵試驗和防水試驗，是將執行機構分別放置于防塵試驗箱和防水試驗場所，經過一定的實驗周期后，取出執行機構，檢查執行機構防塵和防水性能，并使用電動執行機構測試臺測試執行機構的性能特性參數。核級閥門電動執行機構的防護等級為IP65，防塵試驗的要求為：不應有明顯的灰塵沉積；防水試驗的要求為：從任何方向對準外殼的噴水都不應引起損害。

2.1 防塵試驗

防塵試驗是在溫度22℃、相對濕度35%、大氣壓力103 kPa的條件下進行。在防塵試驗中，首先用真空泵連接執行機構抽氣孔使執行機構正常工作周期內殼內的氣壓低于周圍大氣壓力，同時將執行機構放置于密閉的防塵試驗箱內，通過粉末循環泵將經過篩選的滑石粉懸浮于密閉的試驗箱內，圖2所示為防塵試驗中電動執行機構放置于防塵試驗箱內的試驗現場圖。經過8小時的防塵試驗后，取出電動執行機構，檢查執行機構的外殼未發現粉塵進入殼體現象。

圖2 防塵試驗

2.2 防水試驗

防水試驗是在溫度23℃、相對濕度32%、大氣壓力101 kPa的條件下進行。在防水試驗中，首先將電動執行機構放置于勻速旋轉的旋轉置物臺上，然后用內徑6.3 mm的噴嘴對準電動執行機構外殼進行噴射，從而形成對電動執行機構外殼各方向的有效噴射。其中，水流量為12.5 L/min，噴嘴至外殼表面距離約為3 m，噴射時間為5 min，圖3所示為防水試驗現場圖。防水試驗后取出電動執行機構，檢查電動執行機構的外殼未發現殼體進水現象。

圖3 防水試驗

2.3 執行機構性能特性試驗

性能特性試驗的目的是通過試驗驗證執行機構在工況載荷作用下能否正常工作，并且測試全行程運行時間、輸出推力等相關性能參數。性能特性試驗是將執行機構的輸出軸與測試臺連接桿相連，通過計算機分別給被測執行機構和測試臺施加信號，并測試反饋，從而得到性能特性參數。

電動執行機構的性能特性試驗是通過電動執行機構測試臺檢測執行機構的全行程運行時間和輸出力矩。測試臺檢測力矩范圍為8～750 N·m，檢測角度位置精度為0.1°，檢測力矩精度為0.1 N·m。在電壓380 V，頻率50 Hz時，對電動執行機構的全行程運行時間和輸出力矩進行測試。圖4所示為裝配有電動執行機構的測試臺系統。

圖5所示為電動執行機構開行程、關行程各5次時對應的全行程運行時間。從圖5中可以看出，電動執行機構全行程運行時間最大值18.54秒出現在第4次測試的關閉方向；電動執行機構全行程運行時間最小值17.27秒出現在第4次測試的開啟方向。所有測試的全行程時間都小于19秒。

圖4 測試系統

圖5 電動執行機構全行程運行時間

圖6 所示為電動執行機構開行程、關行程各5次時對應的執行機構輸出力矩。從圖6中可以看出，電動執行機構輸出力矩最大值259.2 N·m出現在第3次測試的關閉方向；電動執行機構輸出力矩最小值240.7 N·m出現在第3次測試的開啟方向。電動執行機構的額定輸出力矩為250 N·m，5次開、關行程的力矩測試值基本在250 N·m左右。

3 結語

本文研究了一種核級閥門電動執行機構的防護試驗。按照規定的防護試驗條件，使用防塵試驗箱和防水試驗手段對執行機構進行試驗，通過電動執行機構測試臺對其性能特性參數進行測試，得到如下結果：

圖6 電動執行機構輸出力矩

（1）對電動執行機構進行防護試驗，在規定的濕度、溫度和大氣壓力下對電動執行機構分別進行防塵試驗和防水試驗，試驗完成后未發現粉塵或水進入電動執行機構殼內現象；

（2）對電動執行機構的全行程時間測試，關閉方向和開啟方向的全行程運行時間都很穩定，基本穩定在18秒左右；

（3）對電動執行機構的輸出力矩測試，開啟方向和關閉方向的輸出力矩穩定在250 N·m左右。

［1］郭慶，李濤，韓松，等.核級閥門驅動裝置抗震試驗研究［J］.機械設計與制造，2014（8）：121-123.

［2］MSRahman，SCBanik.A Sofeware Based electric actua?tor control system with robotic arm-alearning for under?graduate students［J］.International Journal of General Engineeringand Technology，2013，2（1）：15-24.

［3］同金，馬煜峰.對防護等級為IPX7的產品的防護等級測試［J］.計量與測試技術，2010，37（3）：36-37.

［4］孫浩儒，寧書志，郭志佳.淺談防爆電氣設備的外殼防護［J］.電氣防爆，2012（3）：22-23.