Design and Analysis of Personnel Airlock New Transmission Mechanism Development for Nuclear Power Plant
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摘要: 采用数字化设计方法，研发了人员闸门新型传动机构并完成了样机模块化设计开发。使用故障模式及影响分析（FMEA）方法，找出了新型传动机构薄弱环节，即锁紧机构传动链和地震后的门旋模块及门栓插拔模块，分别利用动力学仿真软件ADAMS对锁紧机构传动链的锁紧功能及运动性能进行了运动模拟仿真分析，利用有限元分析软件ABAQUS对地震后门旋模块的可运行性及门栓插拔模块的有效性进行了分析。结果显示，锁紧机构传动链选型合适，门旋模块满足可运行要求，门栓插拔模块满足有效性要求。研发的新型传动机构传动链及结构设计合理，满足三代核电的要求。
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关键词:
- 人员闸门 /
- 传动机构 /
- 故障模式和影响分析（FMEA） /
- 模块化 /
- 数字样机
Abstract: Using digital design method, a new transmission mechanism of personnel airlock is developed and the prototype modular design is completed. Using FMEA (failure mode and effects analysis) method, the weak links of the new transmission mechanism are found out, that is, the transmission chain of the locking mechanism, the door swing module and the bolt plug-in module after the earthquake. Respectively, using ADAMS dynamic simulation analysis software, the locking function and motion performance of the locking mechanism transmission chain are simulated and analyzed. Using ABAQUS finite element analysis software, the operability of the door swing module and the effectiveness of the bolt plug-in module after earthquake are analyzed. The results show that the transmission chain of the locking mechanism is properly selected, the door swing module meets the operational requirements, and the bolt plug-in module meets the effectiveness requirements. The transmission chain and structure of the new transmission mechanism developed are reasonable and meet the requirements of the third generation nuclear power. -
图 2 新型传动机构三维参数化数字模型
Figure 2. 3D Parameterized Mathematical Model of Personnel Airlock New Transmission Mechanism
表 1 故障影响分级表
Table 1. Failure Effects Grading
名称 定义 局部影响 1类：零部件功能完全丧失；
2类：零部件功能降低；
3类：零部件有失效特征，但不影响功能高一层级影响 1类：人员闸门和传动机构功能完全丧失；
2类：人员闸门和传动机构功能降低；
3类：传动机构有失效特征，但不影响功能最终影响 1类：引起人员闸门整机损坏；2类：影响人员闸门整机正常运行；3类：导致人员闸门轻度损坏，影响正常功能；4类：对人员闸门功能无影响，只增加维修任务 
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表 2 严酷度等级划分表
Table 2. Severity Classification
严酷度类别 严重程度定义 Ⅰ类（灾难的） 导致传动机构功能完全丧失，人员被困密封舱内；或人员闸门承压密封边界失效，造成放射性物质外泄 Ⅱ类（严重的） 导致传动机构功能降级，人员闸门泄漏率增大超标 Ⅲ类（中等的） 导致除传动和密封功能以外的功能丧失，造成设备轻微损坏 Ⅳ类（轻度的） 只增加非计划性维护检修
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表 3 旋转轴载荷组合及评定准则
Table 3. Load Combination and Evaluation Criteria of Rotation Axis
载荷组合 应力限值 应变限值 自重载荷+温度载荷+安全停堆地震（SSE）载荷 σmax≤1.0S y≤0.0003L,
θA≤0.0016σmax—最大应力，MPa；S—基本许用应力，MPa；y—挠度，mm；L—旋转轴支撑点跨距，mm；θA—偏转角，rad
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表 4 门栓装置载荷组合及评定准则
Table 4. Load Combination and Evaluation Criteria of Bolt Device
载荷组合 应力限值 自重载荷+温度载荷+ SSE载荷+反弹力载荷+位移载荷+摩擦力载荷 σmax≤1.0S
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