安全壳喷淋系统电动头底座轴承散架原因分析

安全壳喷淋系统电动头底座轴承散架原因分析

任滈王露曦吴超

(中广核核电运营有限公司广东省深圳市518124)

摘要:对某电厂安全壳喷淋系统（EAS）阀电动头止推轴承散架事件进行分析，确认根本原因是电动头远传机构制造存在偏差，导致远传机构与电动头连接法兰面存在间隙使电动头底座轴承重载运行。根据根本原因制定了检查行动，杜绝了同类电动头轴承散架事件的再次发生。

关键词:电动头；止推轴承；磨损；间隙；轴承散架

安全壳喷淋系统（EAS）是在事故情况下将安全壳内压力和温度降低至可接受的水平，以保持安全壳的完整性。EAS系统在反应堆冷停堆时能用于消防，在冷却剂丧失事故（LOCA）期间能降低安全壳内的气载放射性水平。EAS001VB是反应堆和乏燃料水池冷却和处理系统（PTR）安注大罐与安注泵之间的隔离阀。平时开启，事故情况下安注大罐水被抽入安全壳厂房，在安注大罐抽空后转由地坑抽水喷淋时，该阀门须保持关闭，防止EAS喷淋泵气蚀损坏[1]。

1故障描述

2011年2月28日，某电厂进行反应堆保护系统A列试验（T3RPA035）时发现3EAS001VB无法开启。检查发现3EAS001VB电动头力矩保护动作，拆开电动头与阀门远传机构连接部位进一步检查，发现电动头底座上止推轴承散架，保持架挤成碎片，轴承室磨损产生金属粉末。现场轴承散架如图1、图2所示。

2原因分析

2.1电动头底座功能及结构介绍

阀门为平行闸板阀，保持常开状态，系统压力较低，管线无振动。电动头只在操作阀门时动作，转速为61r/min，每次操作时间为50s，属短时工作制，电动头通过远传机构驱动阀门，远传机构与阀门为花键连接，花键能“轴向”滑动释放来自阀杆上推力。电动头底座与远传机构为联轴器连接，因远传花键已释放阀门上推力，所以电动头底座部位不会受到来自阀门的轴向上推力。同时在电动头底座也设计有止推轴承，阻挡来自阀门向上的额定推力而保护电动头。

电动头底座包括轴承室、止推轴承、端盖及主轴等。上、下2个止推轴承装在主轴轴承位，主轴装入轴承室，上下端盖盖紧轴承室，螺丝紧固端盖。止推轴承不仅起到止推功能还起到定位主轴功能[2]，如图3所示。

图3轴承室表面磨损

2.23EAS001VB电动头底座止推轴承介绍

3EAS001VB的型号为ST30/61/K3（核级ST型61转速电动头）；额定力矩为241N•m（开关阀阻力保护力矩值241N•m）；上止推轴承的型号为AXK6085（平面推力滚针轴承，内径60mm×外径85mm×厚度5mm）；下止推轴承的型号为AXK6590（平面推力滚针轴承，内径65mm×外径90mm×厚度5mm）；阀门远传机构17（远传是指连接在电动头和阀门设备之间的传动杆机构，在设备运行维修手册图纸中编号17型的远传机构）[3]。

ST30电动头底座上止推轴承型号为AXK6085属标准轴承，该轴承在电厂有10多年运行经验，从未发生轴承散架事件。

2.3电动头底座现场尺寸检查

正常情况，电动头底联轴器高出电动头法兰面78mm，而远传机构预留78mm深度空间，尺寸匹配满足电动头底座安装要求（图4）。

图4电动头与远传安装尺寸图

根据3EAS001VB反馈，对另一台机组的同类4EAS001/002VB电动头底座安装与远传连接进行检查，在松开电动头底座与远传紧固螺丝后发现，电动头法兰面与远传法兰面存在间隙（图5），用塞尺测量间隙：4EAS001VB为0.64mm；4EAS002VB为0.42mm。

图54EAS001/002VB电动头与远传法兰面存在间隙

现场实测远传预留深度仅为76.8mm和77.0mm，不满足电动头所需的≥78mm安装空间。

实测3EAS001VB更换下来电动头底座和4EAS001/002VB底座，联轴器长度均为77.4mm左右，当4EAS001/002VB电动头安装到远传上时，在电动头过渡法兰面与远传法兰面会存在0.4～0.6mm左右的间隙，这基本与现场实测相符。

该电厂只有3EAS001/002VB、4EAS001/002VB4个阀门使用“阀门远传机构17”型的远传机构。

据反馈对3/4号机组除“远传17”型以外其他装配ST30型电动头传机构法兰面间隙进行普查，配合尺寸均满足要求未发现存在间隙现象。因此ST30型电动头远传法兰面存在间隙的情况应仅限于3/4EAS001/002VB4台。

利用大修再次对3EAS001/002VB电动头法兰进行拆卸，测量远传法兰面装配间隙。在松开电动头底座与远传螺丝固定后，电动头法兰面与远传法兰面同样存在间隙。分别用塞尺测量法兰面间隙：3EAS001VB为0.50mm；3EAS002VB为1.2mm。

2.4远传预留深度不足后果分析

电动头底座联轴器应与阀门远传机构应保留一定空间，防止因装配空间不足挤压电动头联轴器，当电动头与远传法兰面装配存在间隙时，表明远传法兰面没有起到承重作用，底座上止推轴承承受了本应由法兰面承受电动头自重，同时在法兰面连接螺丝的紧固下，止推轴承进一步被联轴器挤压。上轴承不但承担了电动头的重量还承受着法兰面螺丝紧固后的挤压力，相当于上止推轴承长期重载工作，如图6所示。

a）法兰面无间隙、联轴器有间隙b）法兰面有间隙、联轴器无间隙

图6法兰间隙对比图

通过现场检查发现，3EAS001VB电动头底座联轴器在装满2个止推轴承后，远传法兰面被顶出间隙，法兰连接紧固后导致止推轴承被挤压。而3EAS002VB、4EAS001/002VB电动头底座现场漏装一个止推轴承，因轴承厚度为5mm，漏装后联轴器高度由78mm意外减少为73mm，正好能抵销远传机构深度不足的偏差，未出现轴承散架现象。但漏装轴承使底座主轴失去轴承定位功能，轴承室出现磨损现象。4台电动头底座检查结果如表1所示。

表14台电动头底座检查汇总

2.5结论

检查发现只有3/4EAS001/002VB的编号17型远传机构深度均小于＜78mm，不满足要求，但测量远传法兰、主轴、远传支架等零件尺寸无异常。

编号17型远传由于加工、装配、焊接和安装误差导致偏差，造成远传预留给电动头联轴器安装的深度不满足要求，使电动头连接法兰面存在间隙，当法兰面螺丝紧固后使电动头底座轴承被挤压重载运行，是3EAS001VB电动头底座轴承散架的根本原因。

3处理及预防措施

根据现场实测尺寸，采取在法兰面加装1.5mm垫片来消除3/4EAS001/002VB与远传法兰面间隙的处理措施。

根据此次事件反馈，机械和电气专业都已在检修3/4EAS001/002VB阀门和电动头的拆的工作工序指令中，增加了回装电动头需验证1.5mm垫片已安装的步骤，以消除底座和远传法兰面间的间隙。

根据本次故障根本原因分析，电厂制定了反馈行动，反馈检查同类电动头，使轴承散架事件未再发生，保证了机组安全可靠运行。同时将该问题反馈给工程安装部门，在后续使用同类电动头的机组安装过程中，加强现场安装质量控制。

参考文献:

[1]广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京：原子能出版社，2005：179．

[2]BERNARD公司．Electricactuatorsforvalves:PKX42EOM008X9CA45SS[Z].Rev.B5.2016:124,159.

[3]中国核电工程有限公司．阀门远传机构17：PKX4559J250B30744DD[Z].Rev.A.2008：1．