三門核電旋轉濾網鏈條松動報警裝置改造

摘要：三門核電旋轉濾網為鏈式結構，是循環水系統的重要過濾設備。現介紹旋轉濾網鏈條松動報警裝置的原始結構設計，分析鏈條松動報警裝置在運行過程中可能出現的故障，并提出有針對性的改造方案，以保證旋轉濾網的可靠運行。

關鍵詞：三門核電;旋轉濾網;鏈條松動報警裝置;改造

0? ? 引言

旋轉濾網作為循環水系統的重要過濾設備，與上游的攔污柵配套使用，可有效攔截循環水中的水草、魚蝦等水生物以及其他雜物，以保證進入凝汽器的循環水達到一定的水質條件。

三門核電旋轉濾網是鏈式結構，其運行狀況是否良好直接決定循環水系統是否可靠運行，進而決定凝汽器的運行工況，對整個電廠的安全及經濟運行有著至關重要的影響。本文將在介紹旋轉濾網原報警裝置結構設計和工作原理的基礎上分析其在運行過程中可能出現的故障，并提出有針對性的改造方案，以保證旋轉濾網的可靠運行。

1? ? 旋轉濾網鏈條松動報警裝置原結構設計

鏈條松動報警裝置主要由鉸板組件、鋼絲繩、拉桿、護套管、彈簧、撞塊、行程開關等組成，如圖1、圖2所示。其主要作用是當連接網板的鏈條變長松動時，在整個濾網網板自重向下的力作用下，鏈條上的滾輪通過軌道上的開口處壓向鉸板組件，鉸板組件受力后拉動鋼絲繩和拉桿并克服彈簧彈力，使撞塊向下動作觸動行程開關，從而斷電保護旋轉濾網的安全。

2? ? 鏈條松動報警裝置原結構設計缺陷

在原結構設計中，鋼絲繩外部設有316L材質的護套管，用于防止水流或其他異物干擾鋼絲繩而使報警裝置誤動作，該設計仍有以下不足之處：

（1）鋼絲繩直接與海水接觸，縮短了鋼絲繩的使用壽命。

（2）相比于鋼絲繩（?6 mm，鋼絲繩芯），鋼絲繩上部的螺紋拉桿（M8、316L材質、長440 mm）更容易斷裂（鋼絲繩最小破斷拉力22.10 kN，拉桿破斷拉力約4 200 N），同時在鋼絲繩上部還有約6 m沒有護套管。報警裝置動作后，若發生拉桿斷裂，斷裂的拉桿和鋼絲繩極易進入網板，可能會引起濾網卡澀。

（3）報警裝置動作時，鉸板組件的圓弧運動必然會引起鋼絲繩與護套管相互碰磨，如圖3所示，長此以往，鋼絲繩必然斷裂失效。

3? ? 鏈條松動報警裝置改造方案

針對廠家原設計鏈條松動報警裝置結構的缺陷，進行如下針對性改造：

3.1? ? 改造方案介紹

重新設計一種用于海水環境下可拆裝的鋼絲繩密封導向組件，如圖4所示，將原有的鋼絲繩更換為涂塑鋼絲繩，涂塑鋼絲繩兩端剝離涂塑層，裸露的部分鋼絲繩安裝至兩端的夾緊密封組件，密封組件由夾緊座、夾緊片、夾緊螺母組成，為了保證裸露部分鋼絲繩不被海水腐蝕，設計用葛蘭頭對該部分裸露鋼絲進行密封。同時，兩端的密封組件配有一個尼龍導向套作為導向，以使報警裝置動作時鋼絲繩與護套管不會碰磨。下部密封組件通過連桿與鉸板組件連接，上部密封接頭組件通過拉桿與行程開關組件直接連接。

該方案的關鍵結構是鋼絲繩夾緊密封結構，設計使用夾緊座、錐形夾緊片（帶內螺紋）和夾緊螺母可實現該功能，同時，為了實現夾緊座的密封功能，在夾緊座頭部設有一個電纜葛蘭頭的密封結構（圖5）。夾緊座裝配于尼龍導向套，除鋼絲繩在護套管內運動時能起到導向作用外，也能有效避免鋼絲繩與護套管發生碰磨。尼龍導向套兩側加工扁平面，可以防止泥沙淤積，同時在下部尼龍導向套上加工一扁平槽，與護套管上的螺紋擋銷（圖6）配合使用，可以保證拉桿和鋼絲繩組件斷后仍舊滯留在護套管內，避免了其進入濾網的風險。

連接套與下部夾緊螺母通過背帽螺紋連接，連桿一端通過銷軸連接至連接套，連桿另一端通過銷軸連接至鉸板組件，連接套與下部夾緊螺母頭部設計成間隙配合，可以轉動。該結構可以保證在水下作業時連接連桿與鉸板組件更方便，不用轉動整根鋼絲繩組件，只需要轉動連接套（連同連桿）即可保證連桿與鉸板組件正確連接。

3.2? ? 詳細設計分析

3.2.1? ? 夾緊片與夾緊座配合錐度C的設計

夾緊片與夾緊座錐面配合，夾緊片材質選用1Cr18Ni9Ti，夾緊座材質為316L，兩者皆為軟鋼，滑動摩擦系數為f=0.4[1]。為了實現錐面配合的良好自鎖效果，需要進行配合錐度C的設計，示意圖如圖7所示。

根據機械設計，為了保證夾緊座與夾緊片之間的良好自鎖，夾緊座與夾緊片之間的滑動摩擦角ρ大于傾斜角θ（壓力角）[2]。由于滑動摩擦系數f=0.4=tan ρ，當ρ>θ，則f>tan θ，同時tan θ=，所以得到錐度：C=2tan θ<2f。

設計錐度C小于2倍摩擦系數即可，即錐度<0.8，從常用錐度推薦值及部件尺寸考慮，取錐度為1：10，足以保證夾緊片與夾緊座配合后自鎖。

3.2.2? ? 拉桿、鋼絲繩和連桿組件中各部件抗拉或抗剪應力分析

（1）拉桿許用拉力：鋼絲繩上部的拉桿螺紋尺寸M8，小徑d=6.65 mm，主要受拉力，材質316L，許用拉應力[σ]=120 MPa。因此，拉桿的許用拉力為 N=[σ]×=120×≈4 168 N

（2）涂塑鋼絲繩破斷拉力：選用的公稱直徑6 mm的鋼芯鋼絲繩（GB 8918—2006），材質316L，涂塑后外徑8 mm，最小破斷拉力為18.9 kN。

（3）?16 mm銷軸許用剪力：?16 mm銷軸，用于連接連桿與連接套，連接連桿與鉸板組件，主要受剪力的作用，銷軸材質316L，許用剪應力[τ]=72～96 MPa，取[τ]=72 MPa計算，得到銷軸許用剪力為：? ? ?Q=[τ]×=72×≈14 476 N

（4）下部夾緊螺母螺桿許用拉力：下部夾緊螺母主要受拉力作用，其尺寸如圖8所示。

材質316L，許用拉應力[σ]=120 MPa，螺桿螺紋M12，小徑d=10.65 mm，退刀槽直徑10 mm，因此以?10 mm計算許用拉力：N=[σ]×=120×≈9 425 N

（5）連桿許用拉力：連桿主要受拉力作用，連桿材質316L，許用拉應力[σ]=120 MPa，由圖9知最危險斷面為14 mm×8 mm，因此其許用拉力為：? N=[σ]×S=120×14×8=13 440 N

綜合以上計算結果，鋼絲繩上部的拉桿可承受的拉力最小。因此，在受到一定拉力作用的情況下，若上部拉桿發生斷裂，其他部件也能保持完好。

3.3? ? 改造后鏈條松動報警裝置的優點

（1）使用涂塑鋼絲繩，同時設計了鋼絲繩夾緊和密封結構，鋼絲繩不與海水接觸，延長了鋼絲繩使用壽命。

（2）使用尼龍導向套，避免了報警裝置動作時鋼絲繩與護套管相互碰磨。

（3）若發生拉桿和鋼絲繩組件斷裂，斷裂后的拉桿和鋼絲繩組件只會停留在護套管內，避免了其進入濾網的風險。

（4）在機組運行期間，若需要更換鋼絲繩組件，所有的部件可在水上組裝完成后，穿過護套管下落，水下作業時只需要擰入螺紋擋銷、連接連桿和連接套兩步，操作便捷迅速，大大縮短了水下作業時間。

4? ? 結語

本文對旋轉濾網的鏈條松動報警裝置進行了結構上的分析，提出了原設計存在的問題，即存在鋼絲繩與護套管碰磨后發生斷裂并易絞入濾網的風險。新報警裝置避免了鋼絲繩與護套管直接碰磨，實現了鋼絲繩與海水隔離，具有使用壽命長、鋼絲繩組件斷裂后不會進入濾網以及水下更換便捷等特點，目前已有8臺旋轉濾網應用于三門核電一期工程，運行效果很好。

[參考文獻]

[1] 王義質，李叔涵.工程力學[M].重慶：重慶大學出版社，2004.

[2] 龍振宇.機械設計[M].北京：機械工業出版社，2007.

收稿日期：2020-03-17

作者簡介：楊安東（1986—），男，重慶人，工程師，從事水泵維修、生產計劃管理等工作。