三门核电旋转滤网链条松动报警装置改造

摘要：三门核电旋转滤网为链式结构，是循环水系统的重要过滤设备。现介绍旋转滤网链条松动报警装置的原始结构设计，分析链条松动报警装置在运行过程中可能出现的故障，并提出有针对性的改造方案，以保证旋转滤网的可靠运行。

关键词：三门核电;旋转滤网;链条松动报警装置;改造

0    引言

旋转滤网作为循环水系统的重要过滤设备，与上游的拦污栅配套使用，可有效拦截循环水中的水草、鱼虾等水生物以及其他杂物，以保证进入凝汽器的循环水达到一定的水质条件。

三门核电旋转滤网是链式结构，其运行状况是否良好直接决定循环水系统是否可靠运行，进而决定凝汽器的运行工况，对整个电厂的安全及经济运行有着至关重要的影响。本文将在介绍旋转滤网原报警装置结构设计和工作原理的基础上分析其在运行过程中可能出现的故障，并提出有针对性的改造方案，以保证旋转滤网的可靠运行。

1    旋转滤网链条松动报警装置原结构设计

链条松动报警装置主要由铰板组件、钢丝绳、拉杆、护套管、弹簧、撞块、行程开关等组成，如图1、图2所示。其主要作用是当连接网板的链条变长松动时，在整个滤网网板自重向下的力作用下，链条上的滚轮通过轨道上的开口处压向铰板组件，铰板组件受力后拉动钢丝绳和拉杆并克服弹簧弹力，使撞块向下动作触动行程开关，从而断电保护旋转滤网的安全。

2    链条松动报警装置原结构设计缺陷

在原结构设计中，钢丝绳外部设有316L材质的护套管，用于防止水流或其他异物干扰钢丝绳而使报警装置误动作，该设计仍有以下不足之处：

（1）钢丝绳直接与海水接触，缩短了钢丝绳的使用寿命。

（2）相比于钢丝绳（?6 mm，钢丝绳芯），钢丝绳上部的螺纹拉杆（M8、316L材质、长440 mm）更容易断裂（钢丝绳最小破断拉力22.10 kN，拉杆破断拉力约4 200 N），同时在钢丝绳上部还有约6 m没有护套管。报警装置动作后，若发生拉杆断裂，断裂的拉杆和钢丝绳极易进入网板，可能会引起滤网卡涩。

（3）报警装置动作时，铰板组件的圆弧运动必然会引起钢丝绳与护套管相互碰磨，如图3所示，长此以往，钢丝绳必然断裂失效。

3    链条松动报警装置改造方案

针对厂家原设计链条松动报警装置结构的缺陷，进行如下针对性改造：

3.1    改造方案介绍

重新设计一种用于海水环境下可拆装的钢丝绳密封导向组件，如图4所示，将原有的钢丝绳更换为涂塑钢丝绳，涂塑钢丝绳两端剥离涂塑层，裸露的部分钢丝绳安装至两端的夹紧密封组件，密封组件由夹紧座、夹紧片、夹紧螺母组成，为了保证裸露部分钢丝绳不被海水腐蚀，设计用葛兰头对该部分裸露钢丝进行密封。同时，两端的密封组件配有一个尼龙导向套作为导向，以使报警装置动作时钢丝绳与护套管不会碰磨。下部密封组件通过连杆与铰板组件连接，上部密封接头组件通过拉杆与行程开关组件直接连接。

该方案的关键结构是钢丝绳夹紧密封结构，设计使用夹紧座、锥形夹紧片（带内螺纹）和夹紧螺母可实现该功能，同时，为了实现夹紧座的密封功能，在夹紧座头部设有一个电缆葛兰头的密封结构（图5）。夹紧座装配于尼龙导向套，除钢丝绳在护套管内运动时能起到导向作用外，也能有效避免钢丝绳与护套管发生碰磨。尼龙导向套两侧加工扁平面，可以防止泥沙淤积，同时在下部尼龙导向套上加工一扁平槽，与护套管上的螺纹挡销（图6）配合使用，可以保证拉杆和钢丝绳组件断后仍旧滞留在护套管内，避免了其进入滤网的风险。

连接套与下部夹紧螺母通过背帽螺纹连接，连杆一端通过销轴连接至连接套，连杆另一端通过销轴连接至铰板组件，连接套与下部夹紧螺母头部设计成间隙配合，可以转动。该结构可以保证在水下作业时连接连杆与铰板组件更方便，不用转动整根钢丝绳组件，只需要转动连接套（连同连杆）即可保证连杆与铰板组件正确连接。

3.2    详细设计分析

3.2.1    夹紧片与夹紧座配合锥度C的设计

夹紧片与夹紧座锥面配合，夹紧片材质选用1Cr18Ni9Ti，夹紧座材质为316L，两者皆为软钢，滑动摩擦系数为f=0.4[1]。为了实现锥面配合的良好自锁效果，需要进行配合锥度C的设计，示意图如图7所示。

根据机械设计，为了保证夹紧座与夹紧片之间的良好自锁，夹紧座与夹紧片之间的滑动摩擦角ρ大于倾斜角θ（压力角）[2]。由于滑動摩擦系数f=0.4=tan ρ，当ρ>θ，则f>tan θ，同时tan θ=，所以得到锥度：C=2tan θ<2f。

设计锥度C小于2倍摩擦系数即可，即锥度<0.8，从常用锥度推荐值及部件尺寸考虑，取锥度为1：10，足以保证夹紧片与夹紧座配合后自锁。

3.2.2    拉杆、钢丝绳和连杆组件中各部件抗拉或抗剪应力分析

（1）拉杆许用拉力：钢丝绳上部的拉杆螺纹尺寸M8，小径d=6.65 mm，主要受拉力，材质316L，许用拉应力[σ]=120 MPa。因此，拉杆的许用拉力为 N=[σ]×=120×≈4 168 N

（2）涂塑钢丝绳破断拉力：选用的公称直径6 mm的钢芯钢丝绳（GB 8918—2006），材质316L，涂塑后外径8 mm，最小破断拉力为18.9 kN。

（3）?16 mm销轴许用剪力：?16 mm销轴，用于连接连杆与连接套，连接连杆与铰板组件，主要受剪力的作用，销轴材质316L，许用剪应力[τ]=72～96 MPa，取[τ]=72 MPa计算，得到销轴许用剪力为：     Q=[τ]×=72×≈14 476 N

（4）下部夹紧螺母螺杆许用拉力：下部夹紧螺母主要受拉力作用，其尺寸如图8所示。

材质316L，许用拉应力[σ]=120 MPa，螺杆螺纹M12，小径d=10.65 mm，退刀槽直径10 mm，因此以?10 mm计算许用拉力：N=[σ]×=120×≈9 425 N

（5）連杆许用拉力：连杆主要受拉力作用，连杆材质316L，许用拉应力[σ]=120 MPa，由图9知最危险断面为14 mm×8 mm，因此其许用拉力为：  N=[σ]×S=120×14×8=13 440 N

综合以上计算结果，钢丝绳上部的拉杆可承受的拉力最小。因此，在受到一定拉力作用的情况下，若上部拉杆发生断裂，其他部件也能保持完好。

3.3    改造后链条松动报警装置的优点

（1）使用涂塑钢丝绳，同时设计了钢丝绳夹紧和密封结构，钢丝绳不与海水接触，延长了钢丝绳使用寿命。

（2）使用尼龙导向套，避免了报警装置动作时钢丝绳与护套管相互碰磨。

（3）若发生拉杆和钢丝绳组件断裂，断裂后的拉杆和钢丝绳组件只会停留在护套管内，避免了其进入滤网的风险。

（4）在机组运行期间，若需要更换钢丝绳组件，所有的部件可在水上组装完成后，穿过护套管下落，水下作业时只需要拧入螺纹挡销、连接连杆和连接套两步，操作便捷迅速，大大缩短了水下作业时间。

4    结语

本文对旋转滤网的链条松动报警装置进行了结构上的分析，提出了原设计存在的问题，即存在钢丝绳与护套管碰磨后发生断裂并易绞入滤网的风险。新报警装置避免了钢丝绳与护套管直接碰磨，实现了钢丝绳与海水隔离，具有使用寿命长、钢丝绳组件断裂后不会进入滤网以及水下更换便捷等特点，目前已有8台旋转滤网应用于三门核电一期工程，运行效果很好。

[参考文献]

[1] 王义质，李叔涵.工程力学[M].重庆：重庆大学出版社，2004.

[2] 龙振宇.机械设计[M].北京：机械工业出版社，2007.

收稿日期：2020-03-17

作者简介：杨安东（1986—），男，重庆人，工程师，从事水泵维修、生产计划管理等工作。