摘 要:随着时代的发展与进步，电能在人们的生活中已经不可或缺。在核电厂的建设过程中，阀门作为传输系统的控制部分，在核电厂的运行中起着非常重要的作用。阀门操作期间阀杆承受的推力是测量阀门状态的重要参数之一。
关键词：核电厂；阀门数据；推力传感器
引言
在流体输送系统中，阀门作为控制元件在核电站中得到了广泛的应用。以1座2台机组的AP1000核电站为例。在核岛核级阀门总数就超过1300个。包括闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、止回阀、安全阀等。由于核电站中的阀门种类和数量众多，其中一些重要阀门的运行状态会影响到核电机组的安全运行。通过定期对阀门进行状态检测，可以在不解体的情况下提前判断出阀门潜在的故障或不良状态。维修人员可根据检测结果采取措施及时消除 阀门的潜在故障，保障机组的安全运行。而阀杆在阀门运行中所受到的推力是评判阀门运行状态的一项核心参数。
1 阀门状态检测
核电站的阀门种类及数量繁多，一些重要阀门的运行状态会影响到核电站的安全运行。通过定期检查阀门状态，可以在没有阀体的情况下提前确定阀门的潜在故障或不良状态。维护人员再根据测试结果采取相应的修复措施，及时排除潜在的阀门故障，确保机组安全运行。因此阀门操作中阀杆承受的推力是评估阀门操作状态的核心参数。
1.1 阀门状态的预防性维修
基于阀门状态的预防性维修的关键是首先对关键阀门进行状态检测，然后根据实测结果分析并判断阀门状态，确定阀门检修方案。如各个阀门正常性能稳定状态良好，则只需记录阀门各项性能参数及曲线数据即可；如无较大性能问题，通过调整阀门设定参数就可达到标准状态，则只需根据测试参数对阀门进行调整设定即可；如阀门存在较大故障，则需及时锁定故障，制定具有针对性的维修方案，实施现场维修活动[1]。
在同时实施纠正性维修和基于时间的预防性维修时，首先也需进行阀门状态诊断测试，确定故障发生的原因，确定是否还存在其他故障或安全隐患，就需要及时追加维修处理，根据实测阀门状态制定或调整维修处理方案，实施阀门现场维修。
2 推力传感器结构设计
推力传感器的结构设计包括弹性元件结构设计、工作电桥设计、补偿电路设计和封装结构设计四个部分。电阻应变计通过粘接剂粘贴在弹性元件上，通过传感器电桥将弹性元件上的作用力转变成电信号，再通过补偿电路降低传感器的温度误差和提高传感器的线性度，转感器弹性元件工作梁的封装采用焊接不锈钢波纹膜片实现。
2.1 设计特点
根据电阻值和应变敏感元件的变形运动形式以及安装在推力推动传感器的弹性元件,它一般可以细分为拉压式、剪切式(梁式、轮辐式)、弯曲式(弓型圆环式、弓型弧形式、悬臂粱式、双孔平行梁式、s型)等推动传感器。典型的拉压式是一个圆柱形或空心状的圆柱形,适用于测量较大的压力载荷。其主要优点之一是整体结构简单,制造方便。缺点主要是在承抗弯矩和旋转侧向的扭力控制力差。
输出值与力值之间不存在任何线性向量关系。弯曲式的动力传感器运动体积小且稳定性良好[2]。适用于测量中、小型力值。而剪切式的传感器主要具有以下几个特点:
(1)线性度好;
(2)施力点的位置精度对传感器的精度影响不大;
(3)具有良好的对称性，能承受较大的偏心率和侧向力;
(4)形状扁平;
(5)整体设计，各方向热膨胀均匀;
(6)抗过载能力强;
(7)测量范围宽泛。
2.2 轮辐式弹性元件的设计依据
轮辐式弹性元件的结构设计依据是轮辐式弹性元件形似一个平放的矩形车轮，它是由轮毂、数个轮辐和各种轮箍元件组成，其中轮毂为加力点，而轮箍为固支，轮辐为变形区，轮辐的横截面形状是矩形形状。在传感器中实测的不是剪应变而是测量在剪应力作用下轮辐斜方对角线的变形。将四片金属电阻应变计与轮辐条水平中心线成450度角方向进行粘贴，与八片电阻应变计分别粘贴在四根轮辐的正反面，当轮毂受到外力作用时使得轮辐条对角线长度缩短并受压，阻值变小，对角线拉长反向受拉阻值大大增加。当辐条外力P作用于轮毂的顶部，安装面的支持力作用于轮箍的底部，在轮箍和轮毂间的轮辐条受到纯剪切力，使辐条产生平行四边形变形[3]。
为了满足传感器能在润滑液体介质中工作的要求，传感器设计成充氮密封结构，上膜片用0.5mm的不锈钢板冲压一正弦波纹，膜片和弹性元件用氩弧焊焊接使膜片产生位移时和膜片所受的力成线性关系，保证传感器的线性不受影响。底盖设计成杯式膜片结构而不设计成板式结构，因该传感器体积小，受力作用时底盖的焊口受较大的应力，板式结构刚度大焊口易开裂杯式膜片结构刚度小，受力作用时膜片跟着变形防止焊口开裂。
3传感器推力测量原理
根据电阻应变测量原理，传感器通过使用四个电阻应变仪形成惠斯通电桥来间接测量阀杆的径向变形[4]。当传感器安装完毕后，阀杆受到推力径向变形，沿径向运动的伸缩变形将使夹具两侧的传感器，此时弹性基体中部封装电阻应变片的区域也产生相应应变，靠近阀杆的两侧和远离阀杆的两侧产生相反方向的压缩和拉伸应变，这个时候四个应变片测试对弹性基体的应变会产生一定的阻力值变化，从而使惠斯通电桥失去平衡，然后使得相应的电压输出。
4 结束语
综上所述，核电厂中各类工艺繁多，而阀门作为输送系统中的控制组成部件，其中使用了大量阀门对系统内部进行精准的隔离和控制，是保证系统安全的重要组成部分。而随着计算机技术和信息处理技术的不断发展和完善，作为提供信息的传感器在核电厂阀门测量中起着至关重要的作用。
参考文献
[1]杨垦，舒芝锋，黄萍，罗伟，杨威，李宏博.核电厂阀门检测用推力传感器的设计与研究[J].化工自动化及仪表，2019，46(12):1032-1034.
[2]韩伟，刘建伟.推力传感器的研制与设计[J].黑龙江科技信息，2013(25):91-92.
[3]程超，黄文强.核电厂设计阀门数据库开发和应用[J].给水排水，2017，53(08):127-130.
[4]王玮.核电厂建造阀门数据库的开发和应用[J].产业与科技论坛，2019，18(16):51-52.
[5]舒芝锋,黄萍.浅谈核电厂关键阀门的状态管理[J].中国核电,2017,10(03):362-366.