閥門診斷技術(shù)在核電廠設(shè)備采購中的應(yīng)用
AP1000核電機(jī)組是美國西屋電氣公司設(shè)計(jì)的第三代壓水堆核電機(jī)組，目前正在我國浙江三門和山東海陽兩個(gè)地方修建。AP1000 核電閥門數(shù)量和種類眾多，其中核島中就有4000多臺(tái)。閥門功能是否正常，關(guān)系到核電廠的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此閥門的隱性故障能夠被提前診斷出來，就顯得十分重要。閥門診斷試驗(yàn)是在閥門出廠時(shí)，通過測試閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)電流/功率（電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)） 或氣壓（啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)） 、閥桿的扭矩和推力以及閥門動(dòng)作時(shí)間等參數(shù)，建立閥門的參數(shù)信息； 在閥門后期運(yùn)行期間，用戶通過在線檢測，對(duì)比出廠時(shí)的診斷試驗(yàn)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)閥門隱性缺陷，有針對(duì)性地對(duì)閥門部件進(jìn)行檢修和更換。
傳統(tǒng)的閥門檢查方法是在機(jī)組停機(jī)或設(shè)備定期檢修時(shí)，將閥門解體進(jìn)行檢查，這種方式不但浪費(fèi)時(shí)間而且維護(hù)成本很高，因此AP1000核電閥門在采購時(shí)要求很嚴(yán)格，能動(dòng)閥門在出廠時(shí)必須做診斷試驗(yàn)。
1 閥門診斷系統(tǒng)*
核電閥門診斷系統(tǒng)的設(shè)備供應(yīng)廠家主要有edyne、Crane Nuclear 及Fisher等公司。 以edyne閥門診斷系統(tǒng)為例，它主要由便攜式信號(hào)處理器及應(yīng)力傳感器等部分組成。
1.1 便攜式信號(hào)處理器
便攜式信號(hào)處理器有16個(gè)端口，可同時(shí)采集16個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型包括閥門的啟/閉時(shí)間、閥桿的推力和扭矩、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電流、電壓及功率等。該診斷系統(tǒng)基于Windows操作平臺(tái)的分析診斷軟件TTSQuiklookII，提供了簡便的人機(jī)操作界面。在測量時(shí)可根據(jù)不同的測量需要，選用不同的傳感器采集信息，經(jīng)TTSQuiklookII分析和處理后，zui終得到電動(dòng)閥門的診斷數(shù)據(jù)和曲線。
edyne設(shè)備的采樣頻率為1000次/s，以便于當(dāng)所測電流或電壓的頻率為50Hz時(shí)，在0.02s的一次交變周期內(nèi)可以有20個(gè)采樣點(diǎn)給出電流或電壓的變化情況。較為充足的采樣點(diǎn)有利于每個(gè)周期內(nèi)對(duì)電流或電壓參數(shù)變化的分析和對(duì)比。此外，閥門在啟、閉過程中，推力及扭矩等信息的變化是在0.01～0.10s內(nèi)變化的，只有采樣頻率足夠高才能得到較準(zhǔn)確的變化曲線。
1.2 應(yīng)力傳感器
應(yīng)力傳感器在做出廠診斷試驗(yàn)時(shí)，將壓力傳感器粘貼在閥桿上，試驗(yàn)做完后可以保存下來繼續(xù)使用。
應(yīng)力傳感器內(nèi)表面布置有電路，當(dāng)閥桿受力變形時(shí)，應(yīng)變片中惠斯通電橋電阻發(fā)生變化，引起電橋的電流和電壓變化； 電流和電壓的變化數(shù)據(jù)經(jīng)處理后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的變化，形成閥桿推力和扭矩同輸入電信號(hào)的關(guān)系，經(jīng)過轉(zhuǎn)換即可得到推力和扭矩（圖1）。

圖1 應(yīng)力傳感器工作原理
2 電動(dòng)楔式閘閥的出廠診斷試驗(yàn)
2.1 閥門診斷試驗(yàn)
本次診斷試驗(yàn)的AP1000核電閥門共有8臺(tái)，是國內(nèi)某廠生產(chǎn)的DN100、公稱壓力為15MPa的電動(dòng)楔式閘閥，試驗(yàn)中使用了edyneQuiklookII電動(dòng)閥門診斷系統(tǒng)。
在診斷試驗(yàn)前，每個(gè)閥門進(jìn)行10次啟、閉動(dòng)作試驗(yàn)，確保閥門啟、閉自如。然后每臺(tái)閥門分別進(jìn)行4次空載和帶載啟/閉試驗(yàn)，測試參數(shù)包括閥桿推力、閥桿扭矩、閥門啟/閉時(shí)間、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電流、電阻及功率等。
對(duì)于閥桿推力和閥桿扭矩，分別采集閥瓣脫離閥座時(shí)的值、zui大運(yùn)行值、平均運(yùn)行值和閥門啟/閉時(shí)控制開關(guān)跳閘時(shí)的值。
2.2 閥桿推力和扭矩
edyne Quiklook II電動(dòng)閥門診斷系統(tǒng)采集了閥門相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)，并生成參數(shù)曲線，作為閥門是否需要解體檢修的判斷依據(jù)。在此選取閥桿推力和閥桿扭矩的參數(shù)曲線作為示例（圖2），對(duì)閥桿推力和扭矩進(jìn)行計(jì)算分析，并對(duì)診斷試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。

圖2 閥桿推力和扭矩參數(shù)曲線