王亚飞吴有园
海盐秦核新能设备检修有限公司福建省福清市314300
摘要：核反应堆安全壳是核电厂防止放射性物质逸散到环境中的重要屏障，也是最后一道屏障。人员闸门作为安全壳钢衬结构的一部分，该设备的正常运行，对整个安全壳的以及整个核电厂的意义十分重大。本文主要针对核电厂人员闸门相关结构进行分析。
关键词：核电厂；安全壳；人员闸门；结构分析。
现如今，环境问题日益严重，核能作为一种清洁、高效的能源，对于环境保护有着重要意义。现我国处于核电发展的高速阶段，安全壳的整体密封性完成，保证核电厂安全显得尤为重要。人员闸门作为安全壳钢衬结构的一部分，其密封性及设备功能的正常对整个安全壳体有着重大的意义。人员闸门的主要功能有以下点：①在反应堆正常运行或热停堆时，供人员和小型设备进出安全壳，而不破坏安全壳的密封功能；②事故情况下，作为人员紧急撤离安全壳的出口；③在冷停堆时，闸门允许解除联锁，两个门可同时打开，作为人员和小型设备进出安全壳的通道；④在安全壳进行密封和强度试验时，作为加压/减压舱；作为第三道安全屏障的一部分，在LOCA等设计基准事故或严重事故（SA）工况下承担防止放射性物质不可接受释放的功能。
人员闸门整体结构介绍：
人员闸门为钢制筒型结构，贯穿安全壳，筒体分为三节：位于安全壳内侧的“内筒节”；预埋在安全壳上的“贯穿筒节”和安全壳外侧的“外筒节”。贯穿筒节预埋在安全壳上且与安全壳钢衬里焊接。内、外筒节分别与贯穿筒节焊接。人员闸筒节两端设置门框，门框上铰接着起密封作用的门版。人员闸门的开启和关闭可通过电动或手动的方式由传动部件实现，门体开启方向为面向堆芯右开，门体位于堆芯侧，从而保证安全壳内部为正压时，门体处于压紧状态。
人员闸门的主要机械结构介绍
密封门
密封门由Q265HR厚钢板制作，门上设置窥视窗，采用双道密封垫片密封。密封门通过铰链机构与门框连在一起。两个筒节端部上的密封门将筒体分隔出与安全壳内侧及外部空间相隔离的闸门舱室。窥视窗的密封性是由两道橡胶密封垫片保证。内筒节上为内门，外筒节上为外门，两个门均朝堆芯方向右旋打开。
分析：人员闸门密封门需保证强度、密封性以及抗辐射能力，所以选材上需全面考虑，选用了厚的Q265HR钢板，因而门板的质量非常大，从而导致其在关闭过程中的惯性大。当门板从开位置到与密封门框接触时，巨大的冲击力会形成一个反弹力导致无法与密封门框紧密贴合。为了解决该问题，特别将门体关闭的速度进行了调节并设置了防反弹装置以保证其与门框紧密贴合。
铰链机构及门体开关传动机构
铰链机构包含内门、外门铰链机构，两部件结构一致。铰链机构的组成主要包括：转向器组件、张紧轮组件、铰链支座、门体支架及支撑组件。密封门以铰链轴为轴心朝堆芯方向旋转开启，反方向旋转关闭。铰链轴有上、下两组铰链，螺栓将门固定在门体支架组件上，门的全部重量通过门体支架组件、门体支撑组件作用于铰链轴。铰链轴两端装有滚子轴承，上轴承承受部分径向负荷，下轴承承受轴向负荷及部分径向负荷。铰链轴的上、下轴端通过铰链上支座、铰链下支座固定在门框上。铰链轴上同轴安装着一组链轮，将转向器输出的动力传递给铰链轴，实现门的开启和关闭。
门体开关传动机构布置在人员闸门舱体内部，通过支座固定在人员闸门筒体靠近铰链轴一侧的内壁上。电机两轴分别与内、外门铰链机构的转向器连接。其功能是通过电机为人员闸门门体的电动开启、关闭提供动力。同时，通过手轮、链轮及转向器机构，实现在安全壳外手动操作内门或在安全壳内手动操作外门的功能。
分析：人员闸门打开/关闭是通过传动机构带动铰链机构进而实现门体的打开/关闭。该功能的实现均可通过手动、电动两种方式来实现。在闸门中间舱以及闸门内外有三个控制台均可单独对开关机构的电机进行控制从而控制门体的打开及关闭；也可通过内/外筒节上的手轮对门体进行手动的打开和关闭。
锁紧机构
锁紧机构主要由齿轮组件组成，该组件是门锁紧机构最重要的部件，齿轮组件实现两个功能：
（1）通过手轮轴齿轮、传动轴以及各齿轮组件实现改变传动比；
（2）通过齿轮组件、拉杆组件、轴件等实现门销的同步插入和拔出。内门、外门锁紧机构结构基本一致。
基本结构功能
门体锁紧传动机构布置在人员闸门舱体内部，通过支座固定在人员闸门筒体与门体开关机构相对的另一侧。电机的两轴分别为人员闸门内/外门的电动解锁/锁紧提供动力。同时，通过手轮、链轮及转向器机构，实现在安全壳外、安全壳内及闸门舱体内均能手动操作内门/外门解锁/锁紧的功能。
分析：锁紧机构的主要功能是控制锁紧门销的插入和拔出，从而将密封门锁紧或解锁。在锁紧阶段时，门销压紧门体从而保证了门体的密封功能。从某种方面来说，锁紧解锁功能的正常运行是闸门密封的重要保证。
人员闸门的联锁及压力平衡机构
基本结构和功能
人员闸门的联锁及压力平衡机构主要由压力平衡机构和联锁机构两部分组成。内、外门各设置一套，基本结构一致。
压力平衡机构主要包括三个机械部件：①平衡阀驱动部件，包括平衡阀驱动轴和平衡阀驱动转臂，由平衡阀驱动轴带动驱动转臂转动，进而开启压力平衡阀；②平衡阀部件，由平衡阀阀体和平衡阀动作转柄组成，其功能是通过平衡阀动作转柄转动打开平衡阀阀体，使得人员闸门两侧空气相通，达到人员闸门两侧压力平衡的目的；③压力平衡管路部件，包括压力平衡回路和管道支架两部分，压力平衡回路可作为压力平衡阀的密封检测通道，管道支架对平衡阀管路起支撑作用。人员闸门解锁前，压力平衡阀打开，使得闸门两侧空气相通，保证闸门舱体内部和闸门外的压力平衡。
联锁机构主要包括四个部件：
①凸轮：作为驱动部件与输入轴相连，其上设置凹槽随轴做旋转运动；
②摆爪部件：由滚动轴承和摆爪两个部件组成，其主要功能是通过滚动轴承切入和切出凹槽，驱动中间连杆运动；
③中间连杆部件：由连接杆、中间杆连接杆、套筒、弹簧和螺栓组成，中间连杆部件的变形可驱动棘爪绕固定轴转动；
④棘轮棘爪部件：由棘爪和棘轮组成，主要功能是由棘爪扣紧棘轮实现人员闸门内外门的联锁功能，保证腔体内部两侧闸门不能同时打开。
分析：人员闸门的联锁功能是从机械方面来保证整个闸门的密封性。该功能主要作用是在正常情况下只允许两个门板中的一个打开，从而保证整个安全壳的密封性。压力平衡机构主要是保障在门体两侧压差较大时门体无法开启从而保证设备的安全。
其他辅助装置
防回弹装置及缓冲装置
人员闸门门体质量较大，约为4吨，在门体开关过程中，其惯性非常大，在关门动作完成时，门板上的密封圈与门框产生撞击，形成回弹。在锁紧过程中，若门体关闭不到位则闸门无法实现锁紧，从而导致密封失效。针对该问题在门框处设置弹簧装置和电磁装置，消除门关闭时的回弹，保证门板的密封。
气动回路装置
该装置由减压阀、压力表、接管及阀门等一系列零件构成，其主要作用是在闸门内门和外门关闭的情况下能自动检测闸门的密封性，当闸门的密封性出现问题时能及时发出信号以便维修人员更迅速的解决问题保证人员闸门及整个安全壳的密封。
总结：
人员闸门作为进入核反应堆的唯一路径，其正常的运行对整个机组的安全有着举足轻重的作用，本文对核电站人员闸门的整体结构及主要机械部件进行了介绍和分析，对人员闸门的调试及正常运行后的相关工作有一定的借鉴意义。
参考文献：
人员闸门设备运行维修手册；
人员闸门（机械部分）技术规格书。