干簧管開關(guān)在裝卸料機(jī)分離器上的應(yīng)用

□何 軍

秦山核電三廠是引進(jìn)加拿大的重水堆機(jī)組，稱為CANDU6重水堆。這種堆型可以在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，由兩臺(tái)裝卸料機(jī)連接燃料通道的兩端相互配合進(jìn)行不停堆換料。兩臺(tái)裝卸料機(jī)分別作為上游和下游，上游推入新燃料棒束，下游接收需要卸出的乏燃料棒束。裝卸料機(jī)分離器探測(cè)燃料、工具位置、分離燃料等，分離器安全鎖鎖定分離器擋塊在下插或回撤位置，干簧管開關(guān)監(jiān)測(cè)分離器安全鎖位置在解鎖或鎖緊狀態(tài)，確保核燃料棒束安全。裝卸料機(jī)分離器安全鎖位置通過干簧管來監(jiān)測(cè)，為了避免監(jiān)測(cè)行程短、磁場(chǎng)干擾，其在磁鐵外部增加了一層磁屏蔽套管，對(duì)位置確定及調(diào)節(jié)干簧管開關(guān)帶來一定難度。

一、干簧管結(jié)構(gòu)

干簧管的全稱叫“干式舌簧開關(guān)管”，英文名稱為“magnetic reed switch”。干簧管的觸點(diǎn)主要有三種形式：常開、常閉或轉(zhuǎn)換。常開式干簧管：無外磁場(chǎng)作用，干簧管觸點(diǎn)處于自然斷開狀態(tài)；在外界磁場(chǎng)作用下，兩個(gè)簧片產(chǎn)生磁極極性相反正好相反，自由端簧片相互吸引，觸點(diǎn)閉合。常閉干簧管：無外磁場(chǎng)作用，干簧管觸點(diǎn)處于自然閉合狀態(tài)；與常開式動(dòng)作正好相反，在外界磁場(chǎng)作用下，兩個(gè)簧片產(chǎn)生的磁場(chǎng)極極性相同，自由端簧片相互排斥，觸點(diǎn)打開。轉(zhuǎn)換式干簧管有常開、常閉兩對(duì)觸點(diǎn)，在磁場(chǎng)作用下狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換。配合電磁線圈或磁性體，可以構(gòu)成干簧管開關(guān)變換控制系統(tǒng)。為了防止觸點(diǎn)被氧化及腐蝕，干簧管簧片燒結(jié)固定在玻璃管內(nèi)，一般簧片與玻璃熱膨脹系數(shù)相近，管內(nèi)充裝有惰性氣體或氮?dú)猓⒂脴渲芊?，可以有效隔絕空氣中塵埃、水氣等污染。干簧管簧片應(yīng)具有良好的導(dǎo)磁性能，通常使用鐵鎳合金制造；為了保證干簧管良好的通斷性能，簧片上的接觸點(diǎn)鍍金、銀、銠、釕、鉑等貴金屬。圖1為常開式干簧管實(shí)物圖。

圖1

二、干簧管工作原理

如圖2所示常開式干簧管，繞在干簧管上面的線圈通電時(shí)、磁鐵靠近干簧管形成的磁場(chǎng)使簧片磁化，兩個(gè)簧片感應(yīng)出極性完全相反的磁極。當(dāng)生成的磁場(chǎng)吸引力大于簧片彈性產(chǎn)生的阻力，簧片自由端被吸引力作用吸合，觸點(diǎn)導(dǎo)通。一旦外界磁場(chǎng)消失，干簧管簧片觸點(diǎn)因彈力作用又重新斷開。

圖2

三、干簧管優(yōu)缺點(diǎn)

(一)優(yōu)點(diǎn)。一是金屬內(nèi)部安裝對(duì)其性能沒有影響。二是可以徑向安裝與也可軸向，對(duì)安裝方式?jīng)]有要求。三是傳感面可以由不會(huì)產(chǎn)生磁性的金屬材料制成而不影響干簧管功能。四是可選規(guī)格多樣、豐富，價(jià)格低廉。五是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易更換。

(二)缺點(diǎn)。一是受磁場(chǎng)強(qiáng)度影響較大，磁性導(dǎo)體自身磁場(chǎng)強(qiáng)度和干簧管簧片距離影響其動(dòng)作。二是磁性導(dǎo)體的徑向接近方向與軸向接近影響簧片動(dòng)作距離的大小不同(徑向接近是軸向接近時(shí)動(dòng)作距離的一半)。三是徑向接近時(shí)可能導(dǎo)致出現(xiàn)兩個(gè)工作點(diǎn)。四是不能使用用鐵氧體或鐵質(zhì)螺絲釘固定檢測(cè)體，只能用非鐵質(zhì)材料，避免由于磁導(dǎo)體引入的磁場(chǎng)影響。五是屬機(jī)械觸點(diǎn)式微動(dòng)開關(guān)。干簧管應(yīng)用在頻繁吸合、斷開狀態(tài)，導(dǎo)致簧片觸點(diǎn)磨損，干簧管性能、可靠性下降。吸合次數(shù)增多，不可避免產(chǎn)生金屬疲勞，簧片彈性力下降，觸點(diǎn)無法再次吸合或吸合后無法彈開、漏吸等現(xiàn)象。開關(guān)容量小時(shí)觸點(diǎn)易產(chǎn)生抖動(dòng)以及觸點(diǎn)間閉合電阻變大。

四、干簧管特性、焊接、安裝注意事項(xiàng)

(一)引腳剪切及彎曲要求。一是干簧管引腳根據(jù)應(yīng)用條件需要剪短或彎曲時(shí)，為避免干簧管密封不受到損壞，影響其性能，剪切引腳或彎曲時(shí)使用適當(dāng)?shù)膴A緊工具在引腳合適位置，避免過大應(yīng)力破壞干簧管密封。二是根據(jù)干簧管玻璃管長度，引腳剪切或彎曲時(shí)，根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)文件指導(dǎo)確定玻璃末端與剪切端或彎曲端的距離。三是干簧管引腳經(jīng)過剪切或彎曲后其吸合及斷開的所需磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)增加。

(二)干簧管引腳焊接。一是引腳焊接時(shí)必須快速、可靠的焊接技術(shù)，長時(shí)間的高溫會(huì)導(dǎo)致玻璃與金屬密封開裂、氣體泄漏，損壞干簧管。二是干簧管焊接時(shí)，參照干簧管規(guī)格，必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施防護(hù)焊接時(shí)焊槍電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)效應(yīng)導(dǎo)致的干簧管觸點(diǎn)損壞。三是兩端的引腳焊接時(shí)避免同時(shí)焊接。

(三)跌落及諧振頻率影響。一是干簧管引腳被施加拉伸應(yīng)力、扭曲應(yīng)力超過其撓性特性，產(chǎn)生塑性變形，由較高高度跌落至地面或經(jīng)受沖擊后，其電氣特性包括吸合及斷開的所需磁場(chǎng)強(qiáng)度皆會(huì)改變，性能產(chǎn)生變化，可靠性下降，甚至損壞。二是在諧振頻率高于干簧管性能的場(chǎng)合避免使用。

(四)防范外部磁場(chǎng)干擾。一是為防止可能應(yīng)用環(huán)境存在接近磁性導(dǎo)體、強(qiáng)磁場(chǎng)干擾干簧管性能。因此對(duì)一特定可能存在的干擾源需予以防范，否則干簧管的工作特性改變，且有可能造成誤動(dòng)作。二是過近位置使用多個(gè)干簧管可能造成類似的磁場(chǎng)干擾，導(dǎo)致工作特性改變及誤動(dòng)作的情況，建議將干簧管的間距保持15mm或以上距離為妥。

五、裝卸料機(jī)干簧管開關(guān)安裝方式

裝卸料機(jī)干簧管干簧管開關(guān)都是由干簧管本體和密封填充保護(hù)套組成?，F(xiàn)場(chǎng)干簧管安裝方式有徑向安裝與軸向安裝兩種方式。其中磁棒安裝方向與干簧管垂直為徑向安裝，磁棒安裝方向與干簧管平行為軸向安裝。燃料操作系統(tǒng)中除管嘴抱卡干簧管開關(guān)安裝方向?yàn)閺较?，其它都為軸向安裝方式。

六、裝卸料機(jī)分離器燃料擋塊安全鎖緊裝置位置開關(guān)應(yīng)用

通過了解干簧管的結(jié)構(gòu)與工作原理，應(yīng)該說使干簧管開關(guān)動(dòng)作是非常容易的，只要磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到干簧管開關(guān)動(dòng)作所需大小，干簧管開關(guān)就能夠可靠觸發(fā)。以分離器安全鎖鎖緊機(jī)構(gòu)為例來說明如何調(diào)整干簧管開關(guān)位置，如圖3所示。

圖3

圖中79為磁屏蔽管，由高硅鋼片制造，表面經(jīng)過聚亞安酯處理，結(jié)構(gòu)尺寸見圖4。42、43為固定干簧管、固定卡的螺絲和墊片，42、43為不銹鋼材料，固定卡為黃銅。48為分離器安全鎖磁鐵組件。

分離器安全鎖鎖緊、解鎖位置開關(guān)固定卡安裝錯(cuò)位90度,屏蔽管開口與固定卡保持45度。成對(duì)的開關(guān)應(yīng)該非常匹配、動(dòng)作同步，如果其中的一個(gè)開關(guān)損壞，需要更換，最好相對(duì)應(yīng)的另一個(gè)也應(yīng)將其更換，保證成對(duì)開關(guān)的匹配度。屏蔽管固定在解鎖、鎖緊固定卡的下面。在安全鎖鎖緊狀態(tài)下，松開安全鎖鎖緊位置開關(guān)固定卡的螺絲，整體移動(dòng)固定卡，使其開關(guān)剛好觸發(fā)，再向解鎖方向移動(dòng)大約0.015英寸,然后用螺絲固定好固定卡，若只有一個(gè)開關(guān)觸發(fā),松開沒有觸發(fā)開關(guān)的固定螺絲,轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)到一定角度使其觸發(fā)。動(dòng)作安全鎖使其解鎖，整體移動(dòng)解鎖位置開關(guān)固定卡使其剛好觸發(fā)，再向鎖緊方向移動(dòng)大約0.015英寸，然后用螺絲固定好固定卡和屏蔽管。上述是開關(guān)調(diào)整的基本思路，在實(shí)際調(diào)整過程中，需要注意的是在調(diào)整開關(guān)過程中，不要用鐵制的工具靠近磁鐵和開關(guān)，避免磁場(chǎng)變化引起開關(guān)的誤動(dòng)作。在用內(nèi)六角扳手松開開關(guān)固定螺絲后對(duì)其進(jìn)行調(diào)整時(shí)，不要仍將內(nèi)六角扳手放在螺絲上，應(yīng)將內(nèi)六角扳手移走，再來調(diào)整開關(guān)位置。在調(diào)整過程中與固定后，避免開關(guān)兩端引腳與接線受力引起開關(guān)兩端的應(yīng)力增加，降低其可靠性。遵循以上原則，基本能夠快速可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)分離器安全鎖位置開關(guān)的設(shè)定，如果在調(diào)整過程中，發(fā)現(xiàn)開關(guān)不能動(dòng)作或動(dòng)作不可靠，在排除以上提及的調(diào)整過程沒有錯(cuò)誤的前提下及沒有其它干擾因素的情況下，及時(shí)更換新的開關(guān)。在更換過程中，剪切引線、焊接時(shí)避免引線應(yīng)力過大，溫度過高損壞新的干簧管。