鼓形滤网安全销断裂缺陷分析

秦山第二核电厂3、4号机组的SEC(安全厂用水)和CRF(海水循环系统)系统各配备了4台鼓形滤网,鼓网驱动电机联轴器为普通膜片式联轴器，传动轴联轴器为安全销式刚性联轴器，该种联轴器补偿作用和减震能力较差，承受外部冲击能力较低，数次发生安全销断裂事故，导致鼓网失去电机驱动力，影响鼓网的正常稳定运行,进而导致机组降功率，需对该联轴器进行改造换型，增加鼓网运行的可靠性。三号机组303大修期间，实施临时措施将3CRF202TF(B列鼓形滤网)鼓网刚性联轴器更换为蛇簧联轴器，运行状态良好满足系统要求，经公司讨论决定对3、4号机组所有鼓网电机和传动轴联轴器进行技术改造。本文根据循环水系统鼓网安全销缺陷，对后续开展的一系列处理对策进行分析。

一、鼓网结构简介

秦山核电第二核电厂3、4号机组所用的鼓形滤网均由一个旋转的筒形骨架组成，在骨架圆周方向上安装有过滤网片。鼓骨架采用I字型(CRF鼓网采用A字型结构)结构，各零部件主要由型钢制成，采用螺栓联接，由安装在主轴上的两个轮毂支撑；主轴两端装有双列调心滚子轴承，轴承座采用盘根密封，由安装在操作平台上鼓网两侧的油箱中的润滑油通过重力对主轴承进行润滑。在鼓骨架的中心沿圆周方向安装有大齿圈，由安装在传动轴末端的小齿轮驱动鼓骨架上的大齿轮，带动鼓网旋转。

驱动装置中的减速机采用平行轴齿轮箱结构，减速机输出轴与传动轴输入端用带有安全销的安全联轴器连接，传动轴的输出端安装小齿轮；减速机两个输入轴分别通过两个超越离合器连接两个电机，即分别配有一台主电机(高/低速)及一台备用电机(低速)。当主电机正常工作时，备用电机端的超越离合器脱开，备用电机停止工作；当主电机发生故障无法运行时，可由主控指令启动备用电机，鼓网继续运行，同时主电机端的超越离合器脱开，主电机停止工作。减速机输出轴端的安全联轴器中安装有2个对称的安全销，可提供机械过载保护，且安装在传动轴上的半联轴器的外圆柱表面加工有6个齿槽平面(豁口)，在此处安装一个接近开关，固定在联轴器罩壳上，当其每旋转一周时，接近开关可向就地仪表箱提供6组通、断信号，就地仪表箱根据此信号有无判断设备是否过载，并发出过载信号。就地仪表箱在设备运行(与运行联锁)时做判断。

二、CRF鼓形滤网安全销断裂事件简介

(一)事件背景。2013年4月某日，现场人员在日常巡检过程中，发现3CRF202TF转速明显高于3CRF201TF。就地查看鼓网压差计无异常，两台鼓网都显示在低速运行，立即汇报上级主控。主控人员紧急联系维修机械人员,现场检查后确认3CRF202TF安全销断裂。

(二)事件原因。3号机组上次302大修期间，由于3CRF202TF鼓网因大齿圈磨损较严重，更换了全部60个大齿。导致鼓网的运行情况与设计工况不符，表现为鼓网带动小齿轮转动，小齿轮受力情况与设计工况有差别，同时因为大齿圈铸造件，铸造尺寸存在误差，导致新的大齿圈与新的小齿轮的啮合不好，产生附加动载荷，出现冲击和振动，长时间在新的大齿圈与新的小齿轮没有磨合好前运行，导致传动轴靠背轮与齿轮箱靠背轮之间的安全销会长期断裂承受额外的交变应力，影响其使用寿命。

(三)事件处理。由于在四月份先后两次出现相同缺陷，首次时机组降功率停CRF循环水泵处理的。第二次处理尝试不降机组功率，不停CRF泵，直接卡死3CRF202TF鼓网，然后迅速更换安全销的方法来处理。以前使用的安全销，中间有凹槽，第二次更换的安全销为此次更换的安全销中间没有凹槽的安全销，承受的剪切力要比有凹槽的安全销大，对二级电气保护要求更高。

三、针对鼓形滤网安全销断裂缺陷的技术改造方案分析

(一)技术改造的背景。二厂鼓网采用一级机械保护与二级电气保护的双重保护措施。一级机械保护通过传动轴与齿轮箱联轴器上对称布置的两个带有中间槽的安全销进行保护，该安全销中间槽直径尺寸为厂家根据鼓网理论设计扭力计算确定，当鼓网因被异物卡涩等原因导致其受力过大，使安全销传递扭力超过其设计值时该安全销自行断裂，鼓网便与驱动装置脱开，防止鼓网损坏。但实践证明因理论设计与现场实际存在一定差距，导致鼓网正常运行或高低速切换期间该安全销频繁断裂，影响鼓网稳定运行。1、2号机组鼓网安全销中间槽尺寸最初设计直径为Φ12mm，但因鼓网正常运行后安全销频繁断裂，所以将中间槽直径增大为Φ16mm，至此安全销断裂次数相对明显减少。3、4号机组安全销中间槽最初设计直径为Φ14mm，但因鼓网正常运行后安全销频繁断裂，所以参照1、2号机组鼓网经验，改用1、2号机组鼓网安全销，随后安全销断裂次数明显减少。

随着大修期间对3CRF202TF鼓网小齿轮和齿条全部更换新备件后，安全销断裂情况又频繁发生，而其它未更换齿条的鼓网安全销情况良好，经现场测量验证及啮合痕迹判断分析认为因齿条与小齿轮均为铸件，其铸造精度不高，致使新齿条与新齿轮啮合不好，导致啮合位置产生一定冲击力，通过传动轴传递至安全销，进而使安全销频繁断裂。一旦小齿轮与齿条磨合好后，该额外的冲击力即可消失，安全销也将不再会频繁断裂问题。二级电气保护通过对驱动电机设定热继保护值实现，而针对二厂存在一级机械保护(即安全销保护)的情况下，热继保护值的设定便仅起到保护电机的作用，实际在安全销保护有效的情况下该热继保护永远不会触发。

(二)技术改造方案。针对3CRF202TF鼓网安全销频繁断裂的情况，为更好地解决安全销处问题，综合各方面因素，经与厂家联系及其它电厂鼓网情况参考进行综合讨论分析决定,放弃现有传动轴与齿轮箱之间的刚性联轴器及光杆销连接形式，改用蛇形弹簧联轴器。即将安全联轴器更换为蛇形联轴器。本次变更改造工作中，主电机和备用电机的联轴器由普通膜片式联轴器更换为新梅花联轴器主电机用(备用电机用)。传动轴联轴器由安全销式刚性联轴器更换为蛇簧联轴器。目前，主电机和备用电机热继保护设定值满足热继保护要求，无需设定值变更。

(三)技改后新式联轴器的特点。鼓网传动轴最高转速为10.7r/min,转矩最大为14,707N.m,新蛇簧联轴器许用转速为1,800r/min,公称转矩为18,000N.m，完全满足现场使用要求。此蛇簧联轴器为挠性联轴器，其弹性好、缓冲减震能力强、工作可靠、承载能力大，具有较好的补偿综合位移的能力，对所连两轴的径向和角度方向都有一定的补偿能力。相比而言，蛇形弹簧联轴器是一种结构先进的金属弹性联轴器，它以蛇形弹簧片轴向嵌入两半联轴器的齿槽内，来实现原动机与工作机的联接。

四、结语

技术改造至今，秦山第二核电厂3、4号机组所有鼓网运行良好，未再出现安全销断裂缺陷，在降低设备故障率的同时增强了机组的安全性，减少了维修成本，技术要求和经济效益达到了预期效果,完全能满足核电设备运行和大修期的要求。由此表明，技术改造中所采用的蛇形弹簧联轴器技术成熟，使用可靠，效果显著。