某核電廠SKF整體螺栓拉伸機(jī)空氣壓縮機(jī)跳閘故障原因分析及處理

許昕 朱云馳 胡建強(qiáng) 趙龍 吉敏榮

【摘? 要】某核電廠SKF整體螺栓拉伸機(jī)（MSTM）在大修使用過(guò)程中發(fā)生空氣壓縮機(jī)頻繁跳閘的故障，導(dǎo)致反應(yīng)堆開(kāi)關(guān)蓋關(guān)鍵路徑工作工期延長(zhǎng)。通過(guò)分析電路圖，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)排查，最終確定故障的根本原因，并有效地處理了跳閘故障，使空氣壓縮機(jī)運(yùn)行恢復(fù)正常。

【Abstract】During the process of overhauling and using of SKF multi-stud tension machine（MSTM） in a nuclear power plant， the frequent trip fault of air compressor occurred， which resulted in the extension of critical path working period of reactor switch cover. Through the analysis of the circuit diagram， combined with on-site investigation， the root cause of the fault was finally determined， and the trip fault was effectively treated， so that the operation of air compressor returned to normal.

【關(guān)鍵詞】整體螺栓拉伸機(jī);空氣壓縮機(jī);卸荷閥

【Keywords】multi-stud tension machine; air compressor; unloading valve

【中圖分類號(hào)】TL351+.6;TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）07-0194-03

1 引言

整體螺栓拉伸機(jī)（MSTM）是核電廠大修反應(yīng)堆開(kāi)關(guān)頂蓋工作中所必須使用且無(wú)替代的重要專用工具。其工作完全處于大修關(guān)鍵路徑上，若MSTM使用過(guò)程中發(fā)生故障必然會(huì)延誤整個(gè)大修的工期。某核電廠使用SKF設(shè)計(jì)制造的MSTM，共有2個(gè)機(jī)器人（R1、R2），每個(gè)機(jī)器人有1個(gè)空氣壓縮機(jī)（簡(jiǎn)稱空壓機(jī)），并為2只機(jī)械手提供穩(wěn)定的動(dòng)力，MSTM使用這4個(gè)機(jī)械手同時(shí)工作，共同擰入或擰出反應(yīng)堆58個(gè)主螺栓。

某核電廠大修使用SKF的MSTM進(jìn)行反應(yīng)堆開(kāi)蓋過(guò)程中，MSTM的R2機(jī)器人的空壓機(jī)頻繁跳閘，這導(dǎo)致R2機(jī)器人的2只機(jī)械手因無(wú)穩(wěn)定供氣受影響而無(wú)法正常工作，工作效率降低一半，大修關(guān)鍵路徑時(shí)間受到影響。此故障在歷次大修準(zhǔn)備及大修工作中從未發(fā)生過(guò)，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作進(jìn)度影響較大。為避免再次影響后續(xù)大修，需找出準(zhǔn)確的故障原因并徹底處理。本文對(duì)故障系統(tǒng)及相關(guān)部件進(jìn)行分析，梳理可能導(dǎo)致故障發(fā)生的原因并逐個(gè)檢查排除，最終確定并處理導(dǎo)致此事件的故障點(diǎn)。

2 故障現(xiàn)象及系統(tǒng)介紹

2.1 故障現(xiàn)象

某核電廠大修中反應(yīng)堆開(kāi)蓋工作在進(jìn)行到機(jī)械手依次擰出58個(gè)主螺栓步驟時(shí)，R2空壓機(jī)控制開(kāi)出現(xiàn)跳閘情況，工作人員對(duì)機(jī)械手、控制開(kāi)關(guān)等相關(guān)部件檢查后，未發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，于是手動(dòng)將控制開(kāi)關(guān)復(fù)位，復(fù)位后空壓機(jī)可繼續(xù)工作，但短時(shí)間后再次跳閘。反復(fù)幾次跳閘之后，發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)總是在系統(tǒng)需要補(bǔ)壓?jiǎn)?dòng)時(shí)發(fā)生跳閘，由于MSTM工作在堆芯高劑量環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法開(kāi)展詳細(xì)檢查，為不影響其他工作，故暫停使用R2機(jī)器人，這導(dǎo)致擰出主螺栓工期延長(zhǎng)。

2.2 系統(tǒng)介紹

MSTM機(jī)器人機(jī)械手動(dòng)力來(lái)源于壓縮空氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含空壓機(jī)、控制部件及氣體處理部件，其中，作為壓縮空氣產(chǎn)生部件的空壓機(jī)為核心。系統(tǒng)中重要部件（如空壓機(jī)、控制部件等）發(fā)生故障導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能為機(jī)械手提供穩(wěn)定壓縮空氣，機(jī)械手將無(wú)法正常工作。為了保證機(jī)械手穩(wěn)定工作，須保證壓縮空氣系統(tǒng)各關(guān)鍵部件工作正常，即空壓機(jī)能夠受控地產(chǎn)生符合要求的壓縮空氣。整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)分為以下兩部分。

2.2.1 電氣部分

電氣連接示意圖見(jiàn)圖1。上游供電經(jīng)過(guò)斷路器及控制開(kāi)關(guān)連接于空壓機(jī)，電氣回路主要完成空壓機(jī)供電和啟?？刂?。

控制開(kāi)關(guān)為電氣部分的控制核心，是氣-電復(fù)合部件。氣路部分連接了來(lái)自氣罐的氣管，將氣罐壓力作為監(jiān)測(cè)及控制對(duì)象。電路部分內(nèi)部觸點(diǎn)的連通與斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)的供電與斷電。氣電兩部分的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了以下兩個(gè)功能：①壓力啟?？刂疲涸O(shè)置空壓機(jī)啟/停壓力定值，當(dāng)氣罐壓力小于等于啟動(dòng)設(shè)定值時(shí)，內(nèi)部觸點(diǎn)閉合，空壓機(jī)啟動(dòng)補(bǔ)壓;當(dāng)氣罐壓力等于停止設(shè)定值時(shí)，內(nèi)部觸點(diǎn)斷開(kāi)，空壓機(jī)停止工作。②過(guò)流保護(hù)：該開(kāi)關(guān)可以對(duì)回路過(guò)載等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)及保護(hù)，當(dāng)回路電流超過(guò)設(shè)定值，保護(hù)啟動(dòng)，內(nèi)部觸點(diǎn)斷開(kāi)停止空壓機(jī)供電。

2.2.2 氣動(dòng)部分

氣動(dòng)回路主要有壓縮空氣的過(guò)濾、壓縮、儲(chǔ)存、監(jiān)測(cè)等功能?？諌簷C(jī)進(jìn)氣口處安裝有空氣過(guò)濾器，用于過(guò)濾空氣中的雜質(zhì)，防止雜質(zhì)進(jìn)入空壓機(jī)。空壓機(jī)在電機(jī)的帶動(dòng)下從過(guò)濾器吸入過(guò)濾后的空氣，然后通過(guò)活塞將空氣壓縮升壓，產(chǎn)生的壓縮空氣分兩路，一路連接單向閥進(jìn)入氣罐，單向閥可防止氣罐內(nèi)壓縮空氣倒流;另一路連接卸荷閥。氣罐底部設(shè)置有自動(dòng)排水閥用于監(jiān)測(cè)及排放氣罐內(nèi)凝結(jié)水，防止水汽被帶入系統(tǒng)損壞氣動(dòng)部件。氣罐出口依次連接手動(dòng)泄壓閥、減壓閥、自動(dòng)泄壓閥及氣壓監(jiān)測(cè)和保護(hù)裝置。其氣動(dòng)原理圖見(jiàn)圖2。

空壓機(jī)出口與氣罐之間設(shè)置的卸荷閥，是通過(guò)頂桿外控的單向閥，安裝在控制開(kāi)關(guān)的下方，頂桿插入控制開(kāi)關(guān)內(nèi)部，由控制開(kāi)關(guān)內(nèi)部觸頭壓下頂桿開(kāi)啟卸荷閥，排放管路殘余氣體。卸荷閥內(nèi)部設(shè)置有彈簧，可在頂桿不受力時(shí)自動(dòng)關(guān)閉卸荷閥。當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)，控制開(kāi)關(guān)內(nèi)部觸頭閉合空壓機(jī)上電工作，控制開(kāi)關(guān)內(nèi)部觸頭釋放頂桿，防止空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣從卸荷閥泄出，而壓縮空氣只能通過(guò)單向閥進(jìn)入氣罐;當(dāng)空壓機(jī)停轉(zhuǎn)后控制開(kāi)關(guān)內(nèi)部觸頭斷開(kāi)壓下頂桿，卸荷閥打開(kāi)，將空壓機(jī)內(nèi)殘余壓力排出，由于氣罐入口設(shè)置了單向閥，氣罐內(nèi)的壓縮空氣不會(huì)倒流出氣罐。

3 故障原因分析及處理

3.1 故障原因分析

3.1.1 電氣回路分析

根據(jù)圖1檢查電氣連接并結(jié)合控制開(kāi)關(guān)的功能分析跳閘的原因。

①控制開(kāi)關(guān)壓力監(jiān)測(cè)功能是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要設(shè)定的。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓縮空氣壓力低于7.5bar（1bar=105Pa，表壓，下同）時(shí)空壓機(jī)啟動(dòng)，而當(dāng)氣壓高于9.5bar時(shí)空壓機(jī)停止，壓縮空氣壓力觸發(fā)的空壓機(jī)啟/停動(dòng)作不會(huì)導(dǎo)致控制開(kāi)關(guān)跳閘，無(wú)需復(fù)位操作，而現(xiàn)場(chǎng)檢查出現(xiàn)控制開(kāi)關(guān)跳閘且需手動(dòng)復(fù)位的情況，故可排除由于壓力定值設(shè)定及壓力控制不當(dāng)導(dǎo)致的空壓機(jī)跳閘停轉(zhuǎn)情況。

②控制開(kāi)關(guān)保護(hù)功能依據(jù)電流設(shè)定值觸發(fā)，當(dāng)回路電流高于設(shè)定值，控制開(kāi)關(guān)跳閘，只能手動(dòng)復(fù)位。現(xiàn)場(chǎng)檢查控制開(kāi)關(guān)實(shí)際情況與此相符，所以判斷控制開(kāi)關(guān)跳閘是由于觸發(fā)了保護(hù)功能。

異常觸發(fā)保護(hù)可能存在的原因如下：

①空壓機(jī)及電機(jī)內(nèi)部機(jī)械故障使啟動(dòng)阻力異常增大，導(dǎo)致回路電流超過(guò)保護(hù)值。

根據(jù)系統(tǒng)手冊(cè)，空壓機(jī)及電機(jī)在失電狀態(tài)下可手動(dòng)盤動(dòng)，在不解體空壓機(jī)的情況下可簡(jiǎn)單判斷其內(nèi)部是否存在異常阻力。用該方法先對(duì)R1空壓機(jī)及電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)可正常盤動(dòng)。而用同樣的方法對(duì)R2的電機(jī)及空壓機(jī)進(jìn)行盤動(dòng)，檢查情況與R1一致，可正常盤動(dòng)。故可排除空壓機(jī)及電機(jī)內(nèi)部機(jī)械的原因。

②控制開(kāi)關(guān)保護(hù)電流設(shè)定值故障失真，空壓機(jī)即使正常使用也頻繁跳閘。

對(duì)R2空壓機(jī)控制開(kāi)關(guān)設(shè)定值與R1進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者是一致的。將R2的控制開(kāi)關(guān)與R1進(jìn)行互換驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)R1的控制開(kāi)關(guān)安裝至R2后，R2空壓機(jī)依然會(huì)出現(xiàn)同樣的頻繁跳閘情況;而R2的控制開(kāi)關(guān)安裝至R1后，R1空壓機(jī)仍然正常工作。故可排除R2的控制開(kāi)關(guān)定值不準(zhǔn)造成頻繁跳閘的可能。

③空壓機(jī)電氣回路存在短路或供電異常情況。

根據(jù)圖1，對(duì)R2的供電及回路進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)異常。將R1空壓機(jī)供電引至R2，R2空壓機(jī)故障仍然存在，故通過(guò)檢查及互換試驗(yàn)排除了供電或線路異常導(dǎo)致故障的可能。

3.1.2 氣動(dòng)回路分析

根據(jù)圖2及氣動(dòng)部件原理分析可能導(dǎo)致故障的原因。

①空壓機(jī)入口過(guò)濾器堵塞。根據(jù)空壓機(jī)的工作原理，工作時(shí)先吸入空氣經(jīng)壓縮后送往下游。若空壓機(jī)不能正常吸入空氣，則會(huì)在吸入口形成負(fù)壓阻礙空壓機(jī)的正常運(yùn)行，隨著負(fù)壓的逐漸增大最后導(dǎo)致空壓機(jī)運(yùn)行阻力過(guò)大引起跳閘。因此，對(duì)空壓機(jī)入口及過(guò)濾裝置進(jìn)行檢查，檢查未發(fā)現(xiàn)堵塞、雜物或其他導(dǎo)致不能吸入空氣的情況，故可排除。

②卸荷閥卸荷功能異常導(dǎo)致空壓機(jī)出口憋壓阻礙啟動(dòng)[1]。根據(jù)卸荷閥功能分析，卸荷閥主要用在空壓機(jī)停止工作后，及時(shí)排放出殘存在空壓機(jī)出口及氣罐單向閥之間的壓縮空氣，以便空壓機(jī)在下次能夠輕載啟動(dòng)。殘余的壓縮空氣若不能及時(shí)排除將會(huì)增加空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)的阻力，使得回路電流增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)達(dá)到甚至超過(guò)保護(hù)設(shè)定值，導(dǎo)致空壓機(jī)跳閘。

可能引起控制卸荷閥卸荷異常的原因如下：

①控制開(kāi)關(guān)內(nèi)部故障使得卸荷閥頂桿不能正常開(kāi)啟泄壓。

根據(jù)控制開(kāi)關(guān)與卸荷閥的配合關(guān)系分析，控制開(kāi)關(guān)內(nèi)部觸點(diǎn)存在直接和卸荷閥頂桿接觸的結(jié)構(gòu)，所以在內(nèi)部觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)才可以壓下或釋放頂桿。若結(jié)構(gòu)故障導(dǎo)致內(nèi)部觸點(diǎn)動(dòng)作不能聯(lián)動(dòng)卸荷閥頂桿，那么卸荷閥在內(nèi)部彈簧的作用下將會(huì)一直處于關(guān)閉狀態(tài)。解體R2卸荷閥檢查未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部觸點(diǎn)及其與頂桿作用機(jī)構(gòu)存在可見(jiàn)異常，結(jié)合電氣檢查時(shí)控制開(kāi)關(guān)互換試驗(yàn)結(jié)果：R2的控制開(kāi)關(guān)換至R1空壓機(jī)時(shí)，R1空壓機(jī)仍可正常工作，故可排除由于控制開(kāi)關(guān)內(nèi)部故障導(dǎo)致卸荷閥不能正常開(kāi)啟的可能。

②卸荷閥堵塞不能排出空壓機(jī)內(nèi)殘余壓力。

根據(jù)控制開(kāi)關(guān)與卸荷閥工作原理分析，控制開(kāi)關(guān)正常壓下卸荷閥頂桿后，管路內(nèi)的殘余氣體將通過(guò)卸荷閥的排氣口排出，若排氣口堵塞殘余氣體無(wú)法泄出，仍然會(huì)繼續(xù)留在系統(tǒng)中阻礙空壓機(jī)下次啟動(dòng)。

對(duì)卸荷閥排氣口檢查發(fā)現(xiàn)，R2卸荷閥排氣口仍留有卸荷閥出廠時(shí)未完全拆除的堵頭，由于堵頭的存在使得排氣口排氣效果很差。正常空壓機(jī)停止后殘余氣體僅能很緩慢地從未完全擰緊堵頭縫隙中泄出，使空壓機(jī)出口殘余壓力下降很慢，若空壓機(jī)下次啟動(dòng)距離上次停止時(shí)間間隔足夠殘余氣體泄出，那么空壓機(jī)還可以正常啟動(dòng)，但R2機(jī)械手工作較多，用氣量較大，需空壓機(jī)頻繁啟動(dòng)時(shí)，那么停止與啟動(dòng)之間時(shí)間間隔較短，殘余氣體不能及時(shí)泄出，空壓機(jī)再次啟動(dòng)將極有可能由于阻力過(guò)大而過(guò)載跳閘。這個(gè)分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際故障情況完全一致。同時(shí)，對(duì)比正常R1卸荷閥，堵頭是完全拆除的。

3.2 故障處理

本文通過(guò)兩種方式對(duì)上述分析結(jié)果驗(yàn)證，并處理跳閘故障。①將R2堵頭完全拆除，并對(duì)卸荷閥排氣口進(jìn)行清理后，手動(dòng)多次短間隔啟?？諌簷C(jī)，空壓機(jī)均能正常啟動(dòng);②操作R2機(jī)械手進(jìn)行大用氣量動(dòng)作試驗(yàn)，過(guò)程中雖然空壓機(jī)補(bǔ)氣頻繁但未出現(xiàn)跳閘情況。

某核電廠SKF的MSTM空壓機(jī)卸荷閥堵塞處理后，空壓機(jī)恢復(fù)正常啟停功能，并在大修的后續(xù)工作中正常啟停，未再次發(fā)生跳閘情況，證明上述故障原因分析正確且處理有效。

4 結(jié)論

本文在分析某電廠SKF的MSTM空壓機(jī)頻繁跳閘的過(guò)程中，檢查發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)卸荷閥存在堵塞情況，處理堵塞后經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證空壓機(jī)頻繁跳閘情況恢復(fù)正常?？諌簷C(jī)卸荷閥用于將殘余在管路中的壓縮空氣泄出，以防止空壓機(jī)在下次啟動(dòng)時(shí)過(guò)載跳閘，卸荷閥對(duì)空壓機(jī)的正常啟動(dòng)作用巨大。本文關(guān)于故障的原因分析及處理過(guò)程可對(duì)同類設(shè)備的處理提供借鑒，需維修技術(shù)人員對(duì)有同樣結(jié)構(gòu)的空壓機(jī)在檢修過(guò)程中予以關(guān)注。

【參考文獻(xiàn)】

【1】辛黎明.空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)異常的故障分析與排除[J].中國(guó)修船，2010，23（2）：19-20.