★北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司張偉

關(guān)鍵詞：抗震；OWP；顯示器；屏風(fēng)；顯示器支架；結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，顯示器經(jīng)歷了從單色到彩色、從模糊到清晰、從小到大、從笨重到輕便的不斷進步。與之對應(yīng)的顯示器的安裝方式也從傳統(tǒng)的大體積的嵌入式安裝方式逐漸向簡單靈活的支架式安裝方式轉(zhuǎn)變，先后出現(xiàn)了抗震嵌入式OWP盤臺（如圖1所示）和抗震支架式OWP盤臺（如圖2所示）。

圖1 嵌入式OWP盤臺

圖2 支架式OWP盤臺

在C項目主控室Mock Up驗證過程中，基于B項目經(jīng)驗反饋操作員針對OWP盤臺提出了一些新要求，其中關(guān)于顯示器的安裝要求主要有兩點：一是要求顯示器密集安裝，即顯示器和顯示器之間的間距盡量減小，且間距均勻；二是要求顯示器和顯示器之間的縫隙不能漏光。該要求提出的主要目的是最大限度地提高操作員操作的舒適度，同時保持OWP盤臺顯示器布置整齊一致，提升OWP盤臺整體外觀質(zhì)量。

根據(jù)上游輸入及人因設(shè)計要求，C項目主控室OWP盤臺呈弧形布置，其中US-OWP（以US-OWP為例）布置如圖3所示。C項目US-OWP由6個盤臺組成：1#盤臺和2#盤臺為ACP系統(tǒng)盤臺；3#和4#盤臺為安裝NC-VDU及S-VDU設(shè)備盤臺；5#盤臺為辦公電腦盤臺；6#盤臺為安裝第三方通訊設(shè)備盤臺。為滿足盤臺內(nèi)部設(shè)備安裝空間要求，并盡量將盤臺整體尺寸控制到最小，各個盤臺寬度尺寸不同，因此導(dǎo)致顯示器之間間距過大且間距各異。

B項目主控室采用的是支架式OWP盤臺，如果C項目采用支架式OWP盤臺，則其US-OWP布置如圖4所示。由于OWP盤臺呈弧形布置，同時顯示器屏幕與豎直面也成一定角度安裝，導(dǎo)致顯示器與顯示器之間會形成一個三角形的縫隙。因此，支架式OWP盤臺無法實現(xiàn)“顯示器與顯示器之間的縫隙不漏光”的要求。

圖3 C項目US-OWP布置示意圖

圖4 C項目采用支架式OWP盤臺效果圖

A項目主控室采用的是嵌入式OWP盤臺，如果C項目采用嵌入式OWP盤臺，則其US-OWP布置如圖5所示。可見，采用嵌入式OWP盤臺可實現(xiàn)“顯示器與顯示器之間的縫隙不漏光”的要求，但無法實現(xiàn)“顯示器密集安裝且間隙均勻”的要求。

圖5 C項目采用嵌入式OWP盤臺效果圖

因此，要使C項目OWP盤臺滿足核電站操作員提出的顯示器密集安裝和顯示器之間縫隙不能漏光的新要求，需研發(fā)新的顯示器安裝方式，即研發(fā)繼抗震嵌入式OWP盤臺和抗震支架式OWP盤臺之后的新形式的抗震OWP盤臺。

1　理論研究

如圖6所示，在甲、乙、丙三個顯示器呈弧形布置的情況下，要減小三者之間的間距，最優(yōu)方案是：

（1）保持顯示器乙不動；

（2）將顯示器甲往右移動，顯示器丙往左移動；

（3）然后再將甲、丙兩個顯示器往前移動。

可見，在顯示器呈弧形布置的情況下，要實現(xiàn)其間距的變化需將其在左右方向和前后方向上同時移動。若只是單方向移動會出現(xiàn)如圖6“第一步”所示的顯示器參差不齊的情況。保持中間顯示器不動而移動兩側(cè)顯示器可將顯示器的最大位移降至最小。

圖6 縮小顯示器間距原理

2　方案設(shè)計

以往嵌入式OWP盤臺和支架式OWP盤臺都無法同時滿足顯示器密集安裝和顯示器之間縫隙不漏光的要求。結(jié)合二者各自的特點，將C項目OWP盤臺顯示器按圖7所示方式安裝可解決上述問題。根據(jù)嵌入式OWP盤臺和支架式OWP盤臺的命名方法，將C項目OWP盤臺命名為屏風(fēng)式OWP盤臺。

圖7 屏風(fēng)式OWP盤臺

嵌入式OWP盤臺、支架式OWP盤臺和屏風(fēng)式OWP盤臺均基于顯示器的安裝方式命名。嵌入式OWP盤臺顯示器如圖1所示安裝到安裝罩中，安裝罩再安裝到盤臺；支架式OWP盤臺顯示器如圖2所示安裝到顯示器支架，顯示器支架再安裝到盤臺；屏風(fēng)式OWP盤臺顯示器如圖7所示安裝到顯示器支架，顯示器支架再安裝到屏風(fēng)，屏風(fēng)再安裝到盤臺。

C項目采用屏風(fēng)式OWP盤臺，其US-OWP的布置如圖8所示。根據(jù)圖3可知，③④⑤⑥⑦五臺顯示器為NC-VDU，①②兩臺顯示器為ACP-NC-VDU，⑧顯示器為辦公電腦顯示器。其中①②兩臺顯示器功能獨立，無需與③顯示器緊密布置；⑧顯示器也無需與⑦顯示器緊密布置。五臺NC-VDU中⑤顯示器的使用頻繁最高，因此應(yīng)以⑤顯示器為中心，左側(cè)③④顯示器和右側(cè)⑥⑦顯示器向其靠攏。如圖9所示，保持顯示器之間的最小間距為10mm，可測量得出顯示器左右移動的最大位移為177.29+175.19=352.48mm，前后移動的最大位移為700-626.61=73.39mm。

根據(jù)實際情況可以判定，顯示器左右移動范圍不會超出其對應(yīng)屏風(fēng)的寬度；通過人因分析，顯示器前后移動73.39mm亦滿足人因設(shè)計要求。

綜上所述，C項目采用屏風(fēng)式OWP盤臺，要實現(xiàn)顯示器密集安裝且其間距設(shè)計為10mm，需按以下方案進行相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計：

（1）屏風(fēng)結(jié)構(gòu)需實現(xiàn)顯示器支架在水平方向上左右移動，且在353mm范圍內(nèi)可移動任意距離，在任意位置可可靠安裝固定；

（2）顯示器支架需實現(xiàn)顯示器在水平方向上前后移動，且在74mm范圍內(nèi)可移動任意距離，在任意位置可可靠鎖緊；

（3）屏風(fēng)和顯示器支架要有足夠的剛度，安裝顯示器后在地震載荷下產(chǎn)生盡量小的位移，根據(jù)最終位移量修正顯示器最小間距（10mm）。

圖8 C項目屏風(fēng)式US-OWP布置示意圖

圖9 顯示器密集安裝位移

3　詳細設(shè)計

如上所述，無論抗震嵌入式OWP盤臺、抗震支架式OWP盤臺還是抗震屏風(fēng)式OWP盤臺，其關(guān)鍵技術(shù)均在于顯示器的安裝技術(shù)。對于抗震屏風(fēng)式OWP盤臺而言，其關(guān)鍵設(shè)計在于屏風(fēng)和顯示器支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.1　屏風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

屏風(fēng)結(jié)構(gòu)需滿足兩個關(guān)鍵要求：一是滿足上述功能要求，可實現(xiàn)顯示器支架在左右方向353mm范圍內(nèi)任意位置移動，且在任意位置可可靠固定；二是滿足C項目抗震要求，盡量提高屏風(fēng)結(jié)構(gòu)的剛性，避免在地震載荷下放大顯示器的位移（顯示器位移越大，間距要求越大）。

參考以往OWP盤臺抗震結(jié)構(gòu)，將屏風(fēng)設(shè)計為“框架+蒙皮”的抗震結(jié)構(gòu)，如圖10所示。屏風(fēng)由框架和蒙皮兩部分焊接成型：框架主要起承載作用，由6mm鋼板焊接制作；蒙皮主要起裝飾作用，由3mm鋼板加工制作。

屏風(fēng)前部中間設(shè)計滑道結(jié)構(gòu)，用于安裝和左右調(diào)節(jié)顯示器支架，如圖11所示。屏風(fēng)后部預(yù)留足夠空間，滿足顯示器支架前后調(diào)節(jié)空間需要。

顯示器支架通過前后兩個法蘭夾緊的方式固定，實現(xiàn)其在左右任意位置移動，如圖12所示。

如圖10所示，屏風(fēng)滑道長度與屏風(fēng)寬度保持一致，最大限度地保證了顯示器支架左右移動的距離。顯示器支架固定法蘭從屏風(fēng)左側(cè)進入滑道，除進入口外，其他區(qū)域均將顯示器固定法蘭包圍，即使安裝螺釘脫落顯示器支架也不會脫離滑道而發(fā)生脫落危險。

圖10 屏風(fēng)成型結(jié)構(gòu)方式

圖11 屏風(fēng)結(jié)構(gòu)（截面）

圖12 顯示器支架安裝示意

3.2　顯示器支架結(jié)構(gòu)設(shè)計

顯示器支架需滿足兩個關(guān)鍵要求：一是滿足上述功能要求，可實現(xiàn)顯示器在前后方向74mm范圍內(nèi)任意位置移動；二是滿足C項目抗震要求，在任何位移位置都可以可靠鎖緊。

屏風(fēng)式OWP盤臺顯示器支架整體結(jié)構(gòu)樣式如圖13所示。該顯示器支架主要由8部分組成，其中：

（1）顯示器支架本體，是顯示器支架的主要承載部分，其固定法蘭是與屏風(fēng)的安裝接口。該部分使用Q235B材質(zhì)制作。

（2）伸縮軸，是顯示器支架的重要承載部分，通過調(diào)節(jié)⑥調(diào)節(jié)螺栓可以實現(xiàn)前后移動。該部分使用304不銹鋼材質(zhì)制作。

（3）萬向調(diào)整球，可實現(xiàn)顯示器各個角度的調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)⑦鎖緊螺栓可以改變其與⑤顯示安裝板之間的阻尼直至可靠鎖緊。

（4）活動法蘭，與①顯示器支架本體中的固定法蘭和⑧安裝螺釘配合將顯示器支架固定在屏風(fēng)。

（5）顯示器安裝板，用于安裝顯示器，顯示器安裝孔為上下方向的長孔，可以彌補上下方向上的加工和安裝誤差。

（6）調(diào)節(jié)螺栓，通過工具調(diào)節(jié)該螺栓帶動②伸縮軸前后移動，實現(xiàn)顯示器的前后移動。螺紋傳動，同時保證②伸縮軸可以在任意位置可靠鎖緊。

（7）鎖緊螺栓，通過工具調(diào)節(jié)該螺栓，可以調(diào)整③萬向調(diào)整球與⑤顯示安裝板之間的阻尼，待顯示器角度確定后可緊固該螺栓使調(diào)整角度可靠鎖緊。

（8）安裝螺釘，連接④活動法蘭和①顯示器支架本體中的固定法蘭，通過緊固力矩將顯示器支架整體安裝固定在屏風(fēng)。

圖13 顯示器支架結(jié)構(gòu)樣式

圖14 顯示器支架結(jié)構(gòu)組成示意圖

根據(jù)屏風(fēng)空間尺寸，將顯示器支架前后調(diào)節(jié)量設(shè)計為100mm，約25mm的裕量可以擴大其使用范圍。

3.3　人因設(shè)計要求

除上述功能和抗震要求外，結(jié)構(gòu)設(shè)計時還需要考慮人因設(shè)計要求。例如：坐姿操作的控制臺高度一般不應(yīng)超過最矮操作員坐姿時的眼高1140mm，因此顯示器安裝到屏風(fēng)式OWP盤臺后，其（包括屏風(fēng)）最高尺寸不能超過1140mm；坐姿操作控制臺顯示器的高度在操作位置處應(yīng)在操作員視野上限水平視線以上75°之內(nèi)，其安裝方向應(yīng)使視角不小于45°，因此顯示器支架③萬向調(diào)整球的角度調(diào)整范圍要滿足要求。

4　相關(guān)驗證

C項目屏風(fēng)式OWP盤臺US-OWP最終效果如圖14所示。為證明其結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足項目相關(guān)需求而制作樣機進行相關(guān)驗證。

4.1　加工驗證

抗震屏風(fēng)式OWP盤臺通過樣機加工，證明其具有可加工性，滿足加工要求。

圖15 C項目US-OWP盤臺效果示意圖

4.2　成套驗證

抗震屏風(fēng)式OWP盤臺樣機加工后，對其進行成套驗證。通過調(diào)節(jié)顯示器支架，可實現(xiàn)顯示器之間縫隙均勻且最小間距10mm的要求；屏風(fēng)可實現(xiàn)避免顯示器之間縫隙漏光的要求。

4.3　操作員評審

邀請C項目核電站操作員對抗震屏風(fēng)式OWP盤臺樣機進行評審，并一次性通過評審。

4.4　抗震驗證

C項目抗震屏風(fēng)式OWP盤臺樣機一次性通過了第三方抗震試驗驗證。其中屏風(fēng)及顯示器支架的相關(guān)試驗數(shù)據(jù)如表1所示。可見：屏風(fēng)結(jié)構(gòu)X向固有頻率最小為37.385Hz，大于典型地震頻率范圍1-33Hz；顯示器支架（顯示器）X向位移為3.614mm，2×3.614=7.228mm小于10mm。因此顯示器最小間距設(shè)計為10mm在地震載荷下不會發(fā)生碰撞現(xiàn)象。

表1 抗震試驗測量相關(guān)數(shù)據(jù)

注：表1坐標(biāo)X、Y、Z的方向定義為：

（1）X—面對盤臺水平面左右方向；

（2）Y—面對盤臺水平面前后方向；

（3）Z—面對盤臺水平面垂直方向。

4.5　驗證結(jié)論

針對C項目研發(fā)的核電站抗震屏風(fēng)式OWP盤臺可滿足操作員提出的顯示器密集安裝且間距均勻和顯示器之間縫隙不漏光的要求。通過樣機加工驗證，核電站抗震屏風(fēng)式OWP盤臺符合加工要求；通過抗震試驗驗證，核電站抗震屏風(fēng)式OWP盤臺滿足C項目抗震要求，可以實現(xiàn)顯示器之間最小間距10mm安裝要求。

核電站抗震屏風(fēng)式OWP盤臺是繼核電站抗震嵌入式OWP盤臺和核電站抗震支架式OWP盤臺之后又一種新型的滿足核電站使用要求的OWP盤臺。

5　工程應(yīng)用

目前，C項目1#機組屏風(fēng)式OWP盤臺已經(jīng)在核電現(xiàn)場安裝完畢，2#機組屏風(fēng)式OWP盤臺已經(jīng)加工完成，正處于成套過程中；D項目1#機組和2#機組屏風(fēng)式OWP盤臺均已加工完成，正處于成套過程中；E項目1#機組和2#機組屏風(fēng)式OWP盤臺正在加工過程中。

集團已經(jīng)將核電站抗震屏風(fēng)式OWP盤臺作為華龍一號堆型的標(biāo)準(zhǔn)OWP盤臺，其在后續(xù)華龍一號核電站項目中將有廣泛的應(yīng)用前景。

6　結(jié)束語

無論是嵌入式OWP盤臺、支架式OWP盤臺，還是屏風(fēng)式OWP盤臺，均滿足核電站相關(guān)人因設(shè)計要求，均通過抗震試驗驗證滿足相關(guān)核電站的抗震要求。

不同形式的OWP盤臺有其各自特點，例如：嵌入式OWP盤臺有外觀簡潔整齊、加工簡單容易等優(yōu)點，但也有顯示器無法調(diào)整、不易維護、安裝結(jié)構(gòu)尺寸較大而外觀略顯笨重的缺點；支架式OWP盤臺有外觀輕盈時尚、顯示器安裝簡單、顯示器獨立可調(diào)等優(yōu)點，但也有顯示器支架設(shè)計加工要求較高、無法隱藏線纜等缺點；屏風(fēng)式OWP盤臺有可實現(xiàn)顯示器密集安裝、避免顯示器縫隙漏光的優(yōu)點，但也有結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜、設(shè)計加工難度較大、重量較大等缺點。在實際工程項目中，應(yīng)該根據(jù)具體上游輸入及客戶要求確定OWP盤臺的具體樣式。

作者簡介：

張　偉（1979-），男，北京人，高級工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司，主要從事核電廠非安全級儀控系統(tǒng)設(shè)計方面的工作。

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[4] 張偉. 核電站主控室OWP顯示器安裝方式的研究與應(yīng)用[J]. 自動化博覽, 2023, 40 (362) : 44 - 47.

摘自《自動化博覽》2024年5月刊