主凝结水系统调节阀电动执行器故障分析研究

涂 冉

（江苏核电有限公司，江苏连云港 222000）

0 引言

两台机组主凝结水（LCA）系统电动调节阀分别安装于一级凝结水泵压力管线及二级凝结水泵压力管线上，分别控制2#低加液位和除氧器液位，所使用的电动执行器为俄供МЭОФ-1000/25-0.25У-01КАМ3型电动执行器。该电动执行器在机组日常运行期间出现过刹车装置磨损、闪发断线报警、就地与主控开度显示不一致以及位置反馈开度突变等缺陷，影响设备正常稳定运行。

针对设备缺陷情况，组织开展了一系列的处理措施来消除故障，并将设备置于可控状态；同时组织开展对俄供电动执行器位置反馈装置的科研工作，研发出的新型位置反馈装置来替代原俄供位置反馈装置，从而提高电动调节阀设备可靠性。

1 主凝结水系统功能

通过一、二级凝泵，经凝结水精处理系统和低压加热系统将凝结水从凝汽器输送给除氧器；调节凝结水流量，保持2#低压加热器和除氧器液位在正常范围之内；在汽轮机空转或低负荷运行时保证凝结水泵正常工作的主凝结水再循环流量。

在机组正常负荷运行情况下，大流量调节阀LCA10/20AA201和LCA10/20AA203都投入自动，其中一台作为主调节阀，根据主控制偏差动作；另一台作为辅助调节阀，根据主调节阀的开度动作，LCA10/20AA202在机组正常满功率运行时处于常关状态，只是在启停机时使用。系统流程简图如图1所示。

图1 系统原理

2 电动执行器结构及原理

LCA10/20AA201/203调节阀电动执行器为俄罗斯生产的МЭОФ-1000/25-0.25У-01КАМ3型部分回转电动执行器（以下简称电动头），其传动减速机构如图2所示。

图2 МЭОФ-1000/25-0.25У-01КАМ3型电动头传动减速器

工作原理：电动头电机输出端直接连接刹车机构，经过刹车另一端齿轮输出，经五级减速后输出主轴，位置反馈装置与输出主轴配合。手动操作时，转动手轮蜗杆轴，将扭矩传递至行星减速机构，因行星减速机构的一个传动轴被刹车机构的传动齿刹住，使得手轮扭矩可以传递至阀门本体。其主要部件包括电机、传动齿轮、刹车装置、位置反馈模块及仪控电气接线。

2.1 刹车装置机构

МЭОФ-1000/25-0.25У-01КАМ3型电动头刹车装置机械机构如图3所示。当电机通电时，扭矩从电机输出至刹车装置连接部件，刹车内滚珠受右边半圆凹坑的作用与上压盖之间产生相对移动，使得滚珠离开凹坑的中心，此时上压盖与摩擦片之间就会产生间隙，失去对摩擦片的压力，直到弹簧的作用力与滚珠所受沿轴向分力平衡后，保持间隙，此时电机扭矩可以传递至左部，并最终输出至阀门本体。当电机失电时，电机输出扭矩消失，刹车传动部件由于惯性继续转动，恰使滚珠回到凹坑的中心，此时上压盖与摩擦片之间受弹簧压力作用产生摩擦力，保证左侧输出齿轮制动，实现电动头精准定位。

图3 刹车装置机械结构

2.2 位置反馈装置

МЭОФ-1000/25-0.25У-01КАМ3型电动头所使用的位置反馈装置型号为БСПТ-10МША，其作用是将机械信号（阀门开度）转换成电信号，以4～20 mA电流反馈至控制系统，其主要结构如图4所示。

图4 位置反馈装置结构

俄供БСПТ-10МША型位置反馈装置详细技术参数见表1。

表1 位置反馈装置技术参数

3 主调节阀1LCA10AA203自动工况下无法调节2#低加液位

3.1 故障描述

2016年01月15日16：06，1号机2#低加液位主调节阀1LCA10AA203自动工况下无法调节2#低加液位，导致2#低加液位剧烈波动最低到338 mm，最高到629 mm，而2#低加正常液位维持在520 mm左右。将调节阀切到手动状态后仍然无法操作阀门，于是就地手动缓慢摇关1LCA10AA203，同时通过开启辅助调节阀1LCA10AA201控制2#低加液位。

3.2 故障处理过程与原因分析

根据现场缺陷表象进行分析，造成此故障的原因可能有以下5点：①电动头内部传动齿轮有故障，出现断齿；②电动头刹车装置故障，造成电机扭矩无法传递；③电动头电机存在异常，无法执行驱动；④电动头与阀门本体连接部件失效；⑤控制系统问题造成无法控制。

通过对上述可能原因进行分析，首先存在电动系统无法控制电动头开关的情况，通过手摇电动头关闭阀门，且阀门能正常关闭，基于这点可以排除电动头内部与手轮啮合以下的四级减速齿轮出现问题，也排除了电动头与本体连接部件可能出现的问题；在切换开启1LCA10AA201电动调节阀时能够正常启动，也就排除了控制系统问题造成的电动头无法控制。测量电机绝缘和相间阻值，都符合程序要求，因此初步判断电机输出部件或是刹车装置可能存在问题。

对于无法排除的问题，对故障电动头进行局部解体检查，当取下电机时，发现刹车装置与电机输出之间传动装置断裂，造成电动操作时电机空转，阀门无法正常开关，该刹车装置及断裂件如图5、图6所示。

图5 刹车装置外观

图6 断裂件爪部外观

电机输入端与图6中的部件semi-muff（以下简称半套）配合，实现将扭矩传递至齿轮。

针对断裂的刹车装置，将其送到东南大学分析测试中心进行对断裂原因分析，根据分析结果得出以下结论：

（1）断裂源是从刹车输入方向的顺时针旋转方向。LCA调节阀电动头从刹车至最终输出共有五级直齿圆柱齿轮减速，刹车输出端的顺时针方向与最终输出至阀门本体的顺时针方向相同，即阀门开启的方向。

（2）该报告中指出断裂的原因与机械振动及负载有关。根据历史缺陷记录，刹车装置输出端的断裂属该型电动头的首次缺陷。

基于以上，推断造成刹车装置输入端断裂的主要原因是1LCA10AA203开启方向负载过大，而管线振动较大及阀门长时间频繁调节同样是断裂的促成因素。

3.3 故障讨论

刹车装置的磨损与部件的损坏是由诸多原因造成，起主要作用的应属电动头负载超出额定扭矩，尤其是开启方向（刹车输出齿轮的双侧磨损不均），过大的负载造成电机输出扭矩增大，传递扭矩部件无法承受频繁的大扭矩传递，从而在设计强度较低的位置出现缺陷。另外，电机频繁启停同样会加速磨损和缺陷的发生。

LCA调阀在开、关方向负载相差较大，其阀芯的固定形式、填料选择及填料压环的结构造成了阀杆始终受不平衡力，2号机LCA物项替代的调阀力矩保护设定为1500 N·m时也出现力矩报警，而俄供LCA调阀额定扭矩仅为1000 N·m，即这些俄供调阀均长时间处于超额定负载的工况下运行，导致电动头传动装置损坏、传动齿轮磨损、调节性能差等问题的频繁发生。

针对上述分析情况，组织升版俄供МЭОФ-1000/25-0.25У-01КАМ3型电动头解体大修程序及维修大纲，添加解体大修时更换刹车装置的要求。另外，目前LCA调节阀常出现卡涩缺陷，造成阀门卡涩的一个重要原因是填料被填料压环挤进阀杆与填料压环间的缝隙中，这在燃料循环后期更为严重。于是在T109大修期间对LCA调节阀填料压环进行了优化，将填料压环端面由锥面改为平面，将镍丝增强石墨编织环改为中间金属箔增强的石墨环，运行效果较好。

4 凝结水调节阀阀位开度整体偏移

凝结水调节阀阀位开度整体偏移，导致阀门就地开度与主控显示不一致。

4.1 故障描述

2016年5月12日03:10，2号机2LCA10AA203在备用关闭的状态下开度缓慢上涨，调取历史曲线检查发现该阀阀位在2016年3月9日由-0.2%的开度逐渐上涨至目前2.5%的开度，检查凝结水其他参数无异常。

2016年9月30日13:16，1号机组发现处于运行中的调节阀1LCA10AA203阀位存在缓慢下降趋势，由60%开度（2016年9月26日切换至1LCA10AA203运行时的开度）缓慢下降至目前约58%，调曲线检查凝结水流量在此期间无明显变化情况。2016年12月12日，调节阀1LCA10AA203阀位存在缓慢下降趋势，由53%开度缓慢下降至目前约51%开度，调曲线检查凝结水流量在此期间无明显变化情况。

4.2 故障处理过程与原因分析

凝结水调节阀阀位反馈逐渐上涨（或下降）的缺陷属一直存在的问题，而造成开度反馈故障的可能原因有：①俄供位置反馈模块故障，造成开度区间整体上移（或下移）；②仪控系统开度信号采样模件故障，造成显示的开度逐渐上涨（或下降）。

针对俄供位置反馈模块可能出现故障情况，已多次对位置反馈模块进行更换处理，根据历史记录，凝结水调节阀2LCA10AA203在T208大修中及大修后共更换3次位置反馈模块，2015年2号机小修期间更换了新电动头仍无法消除缺陷。小修更换新电动头同时，也更换了开度信号采集模件，上涨趋势并未见好转，基于以上推断开度波动上涨的根本原因为俄供位置反馈模块精度低，抗振性能差以及信号抗干扰能力差，同时LCA电动头所处管线振动较大，振动加速度最高达到14.4 m/s2，远远大于电动头操作手册要求的振动加速度最大值9.8 m/s2，因此，振动加剧了位置反馈装置故障，造成开度整体区间上涨（或下降）。

4.3 故障讨论

针对存在的电动调节阀位置反馈装置缺陷频发问题，开展了针对俄供位置反馈装置的科研，新研制出的位置反馈装置可实现对旧装置的替代，抗振、抗干扰性能优于旧装置。新研制的位置反馈装置首次于2016年8月份安装于现场电动头2LCA10AA203上运行，经过半年的观察，新研制的位置反馈装置运行稳定，效果较好，因此在T110大修前提出位置反馈装置的物项替代申请并通过，在T110大修时更换了1号机组6台凝结水调节阀电动头的俄供位置反馈装置。截止目前，更换新型位置反馈装置后的电动头阀位开度一直较为平稳，未再出现开度整体上涨、下降或突变的缺陷。

图7 新型位置反馈装置实物

5 结束语

根据LCA调节阀系统设计特点和运行工况，在不改变系统原有的设计功能的基础上，对电动头及阀门部件进行优化改造，从而有效降低电动头及阀门的故障率，提高现场电动调节阀的可靠性。另外，在处理俄供电动调节阀电动头缺陷的过程中不断总结，为其他系统重要的电动调节阀电动头检修工作提供丰富的维修经验。

针对俄供设备缺陷频发的共性和典型问题，在满足原始设备部件功能的前提下，可以积极通过开展针对性的科研改造手段，研制或设计出功能及可靠性优于原始物项的设备，并实现设备国产化替代。