核电阀门用多回转电动执行器的选型分析

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力矩 ：保护力矩开关1概述核电厂电动关断类阀门被广泛的应用在核电站的各系统的管道上，起到对介质的截断和通流的作用。在核电阀门能保证性能和寿命的前提下，阀门的安全性与可靠性撒于电动执行器，正确的合理选用和设定电动执行器，才能使电动阀门的安全性、可靠性得到更有效的保障。相反，如果电动执行器选择或设定不当，轻者会造成阀门使用性能不能正常的发挥，重者会造成阀门的损坏，从而影响核电厂运行的安全性。本文主要从核电关断类阀门用多回转电动执行机构的选择和设定的安全性进行了分析和研究，对于多回转电动执行机构关于开关时间、动作特性等使用性能的分析不在本文的研究范围内。

核电厂电动关断类阀门中采用多回转电动执行器的具有代表性的阀门有闸阀、截止阀等阀门 核电厂的运行工况-般分为正常工况，异常工况和事故工况。安装在核电厂的电动阀门要能在各种不同工况下都能保证运行的安全性和可靠性，因此电动阀门配备的电动执行机构也应针对这三种工况进行选型和设定。

2电动执行器力矩值的分析与计算多回转电动执行器涉及安全性保证和控制的主要部件为力矩开关和限位开关。力矩开关通常是保护阀门和电动执行器不被损坏，限位开关是用来控制阀门的开关位置。在多回转电动执行器的众多参数中电动执行器的额定输出力矩、力矩开关触发值和电机跳闸值是涉及阀门和电动执行器安全的关键参数 本节主要针对在阀门运行在正常工况，异常工况和事故工况三种不同工况时，如何对阀门与电动执行器配合的关键参数进行计算和选型。

2.1正常工况正常工况 (第二类工况)是指设备正常运行期间可能遇到的-种工况，包括稳态运行工况以及与启动、停运有关的瞬态。此工况为阀门工作 的最多的工况，因此应根据此工况下阀门所需的操作扭矩来选择电动执行器的额定输出力矩。

阀门在正常工况下开、关操作扭矩应按此工况下的最高工作压力来计算，公式如下： F t .tan( )十 . )其中：F：阀杆的轴向力 (依据阀门的最高工作压力进行计算)；： 阀杆螺纹摩擦半径；： 阀杆螺纹升角；： 当量摩擦角；： 轴承摩擦系数；： 轴承半径；根据计算出的开、关操作扭矩的最大值来对电动执行机构的额定输出力矩进行选择。例如：阀门关闭力矩：3160N.m，开启力矩：4000N.11，应按最大力矩值4000N.m进行电动执行机构的选型。

对于核电阀门的电动执行机构，-般要求电动执行机构应保证在电压波动的情况下，同样可以打开和关闭阀门，核电阀门用电动执行机构的标准要求电压波动的范围为：-15～-10%，6～l o96，因此应按如上所述计算的最大力矩值 4000N.Il与 85%额定电压下电动执行机构的输出扭矩对比进行选型 即，85%额定电压下电装的输出扭矩≥阀门开、关值的最大值力矩 。

2.2紧急工况454 I华东科技紧急工况 (第三类工况)是指设备在稀有的事故情况下所处的工况。此类工况很少发生，但也必须考虑。此工况为阀门工作较少工况，在此工况下阀门工作的压力和温度将会有-定的波动，特备是可能会有-定的升高，因此阀门开、关操作力矩也相应会有所升高。根据 RCC-M规范要求，在此工况对应于 Level C级限制。设备应限制在过度变形、塑性失稳范围内，因此阀门在此工况下运行时，必须保证电动执行机构的输 出操作力矩不能超过阀杆材料许用应力，即在阀杆材料没有超过许用应力前电动执行机构应停止工作。

结合以上分析，应按阀杆材料的不超过其许用应力 s的条件下计算阀杆所能承受的最大扭矩。公式如下：A tal(C(十姐) R l其中：s.阀杆材料的许用应力 (异常工况的最高工作温度下)A：阀杆最胸面面积其余符号与 2.1中所述相同。

应根据计算出的阀杆所能承受的最大扭矩与选定的电动执行机构内部的力矩保护部件-力矩开关的设定值进行比较，即电动执行机构内部力矩开关的触发值≤阎杆所能承受的最大力矩值 。

2.3事故工况事故工况 (第四类工况)是-种极不可能出现的工况，但对于造成设备安全性的后果应予以研究。不应因此类工况出现的概率太小而不予考虑。根据 RCC-M规范要求，在此工况对应于 Level D级限制，设备应限制在弹性或弹塑性失稳的范围内。在此工况下阀门工作的压力和温度将会有较大的波动，特别是会有较大的升高，因此阀门的开、关操作力矩也相应会有所升高。因此阀门在此工况下运行时，必须保证在阀杆材料没有超过其屈服强度前电动执行机构应停止工作。

结合以上分析，应按阀杆材料屈服强度 或 0.7倍抗拉强度尼下计算阀杆所能承受的最大扭矩。保证电动执行器输出扭矩不会造成阀杆损坏或扭断。公式如下： mn(s：o.7R 1 ·tan 十 f2· 。l其中：S：阀杆材料的屈服强度 (事故工况的最高工作温度下)见：阀杆材料抗拉强度 (事故工况的最高工作温度下)A：阀杆最胸面面积其余符号与 2.1中所述相同。

应根据计算出的阀杆所能承受的最大扭矩与选定的电动执行机构内部的电机保护部件-电机跳闸力矩开关的设定值进行比较，即电动执行机构内部电机跳闸力矩开关的触发值≤阀杆所能承受的最大力矩值 。

3嗅综合以上分析，在进行多回转电动执行机构的选型时要计算，及根据以下数据选择选择和设定电动执行机构：(1)85%额定电压下电装的输出扭矩≥阀门开、关值的最大值力矩 。

(2)电动执行机构内部力矩开关的触发值≤阀杆许用强度所能承受的最大力矩值 。

(3)电动执行机构内部电机跳闸力矩开关的触发值≤阀杆屈服强度所能承受的最大力矩值 B。