核级阀门电动执行机构湿热试验研究

2014-12-11龚九洲

电站辅机 2014年4期

郭庆，龚九洲，张为

（扬州电力设备修造厂，江苏扬州 225003）

0 概述

核级阀门电动执行器是用于控制核电站的相关电动阀门［1，2］，从而保证系统的安全稳定运行，是核电站的重要设备之一。湿热试验是人工模拟自然环境和诱发环境中湿热因素的一种加速试验方法［3－5］。模拟环境气候可能出现的温度、湿度等参数，使试验条件基本上与电动执行机构实际使用情况一致。试验在不扭曲现存条件的情况下，加速和强化各参数的作用，以达到测试的目的。核级阀门电动执行机构的湿热试验，常用以考核执行机构对湿热环境的适应性。该执行机构是一种90°角度行程、运行时间短、输出转矩稳定的电动执行机构。采用湿热试验，可验证核级阀门电动执行机构的性能。

1 执行机构构成及参数

执行机构主要是开启或关闭核电站的风阀、闸阀、截止阀等，其主要由罩盖，下壳体、连接盘、驱动电机、手动部件、电气组件及传动部件等零部件构成，如图1所示。传动部件由一对正齿轮及NN型少齿差行星齿轮组成。主要技术参数［6］：

重量：≯20kg；

安全类别：K3；

防护等级：IP67；

额定转矩：250N·m；

输出转速：0.85r／min；

运动方式：部分回转。

图1 执行机构结构图

2 湿热试验

湿热试验的目的是验证电动执行机构在高温高湿条件下是否还能正常工作。将执行机构放置于可编程控制温度及湿度的试验箱内，经过一定的实验周期后，取出执行机构，检查其外观并使用电动执行机构测试台测试执行机构的性能。

2.1 湿热试验

湿热试验所使用的可程式高低温湿热试验箱的温度范围为－70～100℃，湿度偏差为±3%RH。湿热试验过程主要分为2个循环阶段。整个湿热试验过程：

（1）稳定阶段

设置可程式高低温湿热试验箱，箱内温度为22～28℃，湿度为45%～75%，稳定一段时间后，在1h内将湿度增加至95%以上。

（2）第一个循环的升温阶段

在不调整湿度的条件下，按照每小时10℃的速率升温，3h内将温度升至55℃；随后在55℃保持9 h，在此期间，适度调整湿度在90%～96%。

（3）第一个循环的降温阶段

按照每小时10℃的速率降温，3h将温度降至25℃，期间允许最低湿度为80%；之后在25℃保持9h，期间将湿度调高，使其大于95%。

（4）第二个循环的升温与降温

第二个循环与第一个循环的温度变化、湿度变化及保持时间均相同。

执行机构放置于高低温湿热试验箱的位置，如图2所示。从图2可知，试验箱模拟了实际运行工况，电动执行机构的输出轴为水平位置摆放。在试验过程中，试验箱内的湿热温度、湿度与时间的对应关系，如图3、图4所示。在整个湿热试验过程中，将实际温度和湿度控制在设定范围内。经过湿热试验后，取出电动执行机构，检查其表面状态，未发现表面有腐蚀现象。

图2 高低温湿热试验箱内的执行机构

图3 温度随时间的关系

图4 湿度随时间的关系

2.2 执行机构性能特性试验

经过湿热试验后的电动执行机构，需要进行基本性能测试，主要是测试全行程的运行时间和输出力矩，通过电动执行机构测试台进行测试。测试台检测力矩范围为8～750N·m，检测角度位置精度为0.1°，检测力矩精度为0.1N·m，输入电压为380V。电动执行机构测试台及试验软件的界面，如图5所示。

图5 测试台与软件界面

对电动执行机构开行程、关行程各进行5次试验，所对应的全行程运行时间，如图6所示。从图6可知，全行程运行时间的最大值为18.67s，出现在第4次测试的关闭方向；全行程运行时间的最小值为17.14s，出现在第1次测试的关闭方向。每次全行程时间均小于19s。

图6 电动执行机构全行程运行时间

对电动执行机构开行程、关行程各进行了5次试验，所对应的输出力矩，如图7所示。从图7可知，经过5次开、关行程，电动执行机构输出力矩的最大值为260.3N·m，出现在第5次测试的关闭方向；电动执行机构输出力矩的最小值为241.1 N·m，出现在第4次测试的开启方向。电动执行机构的额定输出力矩为250N·m，5次开、关行程的力矩测试值均为250N·m左右。