核电闸阀电动执行器力矩调试分析

    1 概述

    在核电厂闸阀被广泛的应用在管道上，起到对管路的截断和流通的作用，在阀门能保证性能和寿命的前提下，阀门的安全性与可靠性取决于电动执行器，正确的合理应用电动执行器才能使电动阀门的安全性、可靠性得到更有效的保障并且保证电厂运行的安全性。

    核电厂的运行工况，一般分为正常运行工况，异常扰动工况和事故工况。安装在核电厂的电动阀门要能在三种不同工况下都能保证运行的安全性和可靠性。而安装在阀门上的电动执行器的内部通常有力矩开关和限位开关。限位开关用来控制阀门在正常工况下的开关位置。力矩开关通常具有保护阀门和电动执行器不被损坏的目的。通常闸阀配备多回转电动执行器。

    2 电动执行器力矩开关和限位开关在闸阀中的应用

    一般应用与核电站中的闸阀有两个种类，分别是平行板闸阀和楔形板闸阀，我们都采用多回转的执行器来控制阀门的开关。

    对于楔形板闸阀在正常工况下，在关闭阀门的时刻需要较大的力矩实现密封性，而开启时刻只需要限位开关限制行程位置即可。而在扰动工况和事故工况下阀门可能处于压力较高的工况下，因此需要更高的力矩值来对阀门操作。但是这个力矩值过大则会损坏阀杆。因此在扰动和事故工况下开启和关闭阀门都需要力矩开关设定合适的力矩值加以控制。

    与楔形板闸阀不同的是平行板闸阀在正常工况下，开启和关闭阀门都只需要限位开关来限制行程位置即可，不需要力矩控制。

    具体力矩开关和限位开关在不同阀门中的应用见表1。

表1

    3 力矩值的分析与计算

    阀门在出厂前力矩开关被设定为某个力矩值。此力矩值要通过计算来获得，通常我们需要计算三个力矩值，分别是阀门开关需要的力矩值，阀杆在许用应力下最大能承受的力矩值和阀杆在屈服强度下最大能承受的力矩值。

    3.1 阀门工作压差下需要的最小开关力矩值T1。

    按正常工况最高工作压力计算出开、关力矩值在计算出的开关力矩值中选出最大值作为电装额定扭矩。利用这个力矩值作为电动执行器额定输出力矩范围选择的依据。

    F：阀杆的轴向力；Rmf：阀杆螺纹摩擦半径；α：阀杆螺纹升角Ψ1：当量摩擦角，f₂：轴承摩擦系数；Rm轴承半径。

    3.2 阀杆在许用应力下最大能承受的力矩值T2。

    计算阀杆在许用应力S下所能承受的电装输出扭矩。电动执行器输出扭矩超过这个力矩值阀杆将会超应力影响阀门的安全性。

    S：阀杆材料的许用应力；A：阀杆最小截面面积

    其余符号与3.1所述相同。

    3.3 阀杆屈服强度下所能承受的最大力矩值T3：

    计算阀杆在屈服强度sy或0.7倍抗拉强度Re下阀杆所能承受的电装输出扭矩。电动执行器输出扭矩超过这个力矩值阀杆将会损坏或者扭断。

    sy：阀杆材料的屈服强度；Re：阀杆材料抗拉强度；A：阀杆最小截面面积

    其余符号与3.1所述相同。

    4 力矩开关的设置方法

    4.1 对于平行板闸阀。

    4.1.1 正常工况。

    正常工况下，阀门的开关由限位开关控制，依据阀门的行程来设定限位开关的位置。

    4.1.2 扰动工况。

    当出现扰动工况时，如果介质压力升高，开启和关闭阀门时，需要比正常工况下更高的力矩，此时电动执行器的输出力矩达到T2时，则受到TLS2力矩开关控制停止执行器工作。

    4.1.3 事故工况。

    当出现事故工况时，如果介质压力升高，开启和关闭阀门时，需要比扰动工况下更高的力矩，此时电动执行器的输出力矩达到T3值时，则受到TLS3力矩开关控制停止工作。

    4.2 对于楔形闸阀。

    4.2.1 正常工况。

    在正常工况下，阀门开启需要限位开关的控制，当达到开启高度的时候，触碰执行器内部的限位开关，使执行器停止工作。在阀门关闭的时候执行器需要提供足够大的力矩使密封面处紧密结合，实现密封性。因此当阀门关闭时需要设定力矩开关TLS1，当执行器输出扭矩达到这个设置值T1时，阀门电动执行器停止工作。

    4.2.2 扰动工况。

    当出现扰动工况时，如果介质压力升高，开启阀门时，需要比正常工况下更高的力矩，此时电动执行器的输出力矩达到T2值时，则受到TLS2力矩开关控制停止工作。关闭阀门时，当执行器输出力矩达到T1值时，则受到TLS1力矩开关控制停止执行器工作。如果TLS1力矩开关损坏，那电动执行器继续输出力矩直到达到T2值，则受到TLS2力矩开关的控制停止执行器工作。

    4.2.3 事故工况。

    当出现事故工况时，如果介质压力升高，开启和关闭阀门时，需要比扰动工况下更高的力矩，执行器会通过TLS2力矩开关的控制停止执行器工作，如果TLS2力矩开关损坏，此时电动执行器的输出力矩继续增大达到T3值时，则执行器受到TLS3力矩开关控制停止工作。

    4.3 因此电动执行器内部的力矩开关的设置可以保证阀门的安全性，阀门出厂前电动执行器的力矩开关的设置。值如表2所示。

表2

    5 结论

    通过核电厂不同工况的分析，计算出电动执行器力矩开关在不同工况下的合理设置值。为电动执行器的力矩开关的设置提供了理论依据。