★北京广利核系统工程有限公司张伟

关键词：抗震；OWP；显示器；屏风；显示器支架；结构设计

随着科学技术的不断发展，显示器经历了从单色到彩色、从模糊到清晰、从小到大、从笨重到轻便的不断进步。与之对应的显示器的安装方式也从传统的大体积的嵌入式安装方式逐渐向简单灵活的支架式安装方式转变，先后出现了抗震嵌入式OWP盘台（如图1所示）和抗震支架式OWP盘台（如图2所示）。

图1 嵌入式OWP盘台

图2 支架式OWP盘台

在C项目主控室Mock Up验证过程中，基于B项目经验反馈操作员针对OWP盘台提出了一些新要求，其中关于显示器的安装要求主要有两点：一是要求显示器密集安装，即显示器和显示器之间的间距尽量减小，且间距均匀；二是要求显示器和显示器之间的缝隙不能漏光。该要求提出的主要目的是最大限度地提高操作员操作的舒适度，同时保持OWP盘台显示器布置整齐一致，提升OWP盘台整体外观质量。

根据上游输入及人因设计要求，C项目主控室OWP盘台呈弧形布置，其中US-OWP（以US-OWP为例）布置如图3所示。C项目US-OWP由6个盘台组成：1#盘台和2#盘台为ACP系统盘台；3#和4#盘台为安装NC-VDU及S-VDU设备盘台；5#盘台为办公电脑盘台；6#盘台为安装第三方通讯设备盘台。为满足盘台内部设备安装空间要求，并尽量将盘台整体尺寸控制到最小，各个盘台宽度尺寸不同，因此导致显示器之间间距过大且间距各异。

B项目主控室采用的是支架式OWP盘台，如果C项目采用支架式OWP盘台，则其US-OWP布置如图4所示。由于OWP盘台呈弧形布置，同时显示器屏幕与竖直面也成一定角度安装，导致显示器与显示器之间会形成一个三角形的缝隙。因此，支架式OWP盘台无法实现“显示器与显示器之间的缝隙不漏光”的要求。

图3 C项目US-OWP布置示意图

图4 C项目采用支架式OWP盘台效果图

A项目主控室采用的是嵌入式OWP盘台，如果C项目采用嵌入式OWP盘台，则其US-OWP布置如图5所示。可见，采用嵌入式OWP盘台可实现“显示器与显示器之间的缝隙不漏光”的要求，但无法实现“显示器密集安装且间隙均匀”的要求。

图5 C项目采用嵌入式OWP盘台效果图

因此，要使C项目OWP盘台满足核电站操作员提出的显示器密集安装和显示器之间缝隙不能漏光的新要求，需研发新的显示器安装方式，即研发继抗震嵌入式OWP盘台和抗震支架式OWP盘台之后的新形式的抗震OWP盘台。

1　理论研究

如图6所示，在甲、乙、丙三个显示器呈弧形布置的情况下，要减小三者之间的间距，最优方案是：

（1）保持显示器乙不动；

（2）将显示器甲往右移动，显示器丙往左移动；

（3）然后再将甲、丙两个显示器往前移动。

可见，在显示器呈弧形布置的情况下，要实现其间距的变化需将其在左右方向和前后方向上同时移动。若只是单方向移动会出现如图6“第一步”所示的显示器参差不齐的情况。保持中间显示器不动而移动两侧显示器可将显示器的最大位移降至最小。

图6 缩小显示器间距原理

2　方案设计

以往嵌入式OWP盘台和支架式OWP盘台都无法同时满足显示器密集安装和显示器之间缝隙不漏光的要求。结合二者各自的特点，将C项目OWP盘台显示器按图7所示方式安装可解决上述问题。根据嵌入式OWP盘台和支架式OWP盘台的命名方法，将C项目OWP盘台命名为屏风式OWP盘台。

图7 屏风式OWP盘台

嵌入式OWP盘台、支架式OWP盘台和屏风式OWP盘台均基于显示器的安装方式命名。嵌入式OWP盘台显示器如图1所示安装到安装罩中，安装罩再安装到盘台；支架式OWP盘台显示器如图2所示安装到显示器支架，显示器支架再安装到盘台；屏风式OWP盘台显示器如图7所示安装到显示器支架，显示器支架再安装到屏风，屏风再安装到盘台。

C项目采用屏风式OWP盘台，其US-OWP的布置如图8所示。根据图3可知，③④⑤⑥⑦五台显示器为NC-VDU，①②两台显示器为ACP-NC-VDU，⑧显示器为办公电脑显示器。其中①②两台显示器功能独立，无需与③显示器紧密布置；⑧显示器也无需与⑦显示器紧密布置。五台NC-VDU中⑤显示器的使用频繁最高，因此应以⑤显示器为中心，左侧③④显示器和右侧⑥⑦显示器向其靠拢。如图9所示，保持显示器之间的最小间距为10mm，可测量得出显示器左右移动的最大位移为177.29+175.19=352.48mm，前后移动的最大位移为700-626.61=73.39mm。

根据实际情况可以判定，显示器左右移动范围不会超出其对应屏风的宽度；通过人因分析，显示器前后移动73.39mm亦满足人因设计要求。

综上所述，C项目采用屏风式OWP盘台，要实现显示器密集安装且其间距设计为10mm，需按以下方案进行相关结构设计：

（1）屏风结构需实现显示器支架在水平方向上左右移动，且在353mm范围内可移动任意距离，在任意位置可可靠安装固定；

（2）显示器支架需实现显示器在水平方向上前后移动，且在74mm范围内可移动任意距离，在任意位置可可靠锁紧；

（3）屏风和显示器支架要有足够的刚度，安装显示器后在地震载荷下产生尽量小的位移，根据最终位移量修正显示器最小间距（10mm）。

图8 C项目屏风式US-OWP布置示意图

图9 显示器密集安装位移

3　详细设计

如上所述，无论抗震嵌入式OWP盘台、抗震支架式OWP盘台还是抗震屏风式OWP盘台，其关键技术均在于显示器的安装技术。对于抗震屏风式OWP盘台而言，其关键设计在于屏风和显示器支架的结构设计。

3.1　屏风结构设计

屏风结构需满足两个关键要求：一是满足上述功能要求，可实现显示器支架在左右方向353mm范围内任意位置移动，且在任意位置可可靠固定；二是满足C项目抗震要求，尽量提高屏风结构的刚性，避免在地震载荷下放大显示器的位移（显示器位移越大，间距要求越大）。

参考以往OWP盘台抗震结构，将屏风设计为“框架+蒙皮”的抗震结构，如图10所示。屏风由框架和蒙皮两部分焊接成型：框架主要起承载作用，由6mm钢板焊接制作；蒙皮主要起装饰作用，由3mm钢板加工制作。

屏风前部中间设计滑道结构，用于安装和左右调节显示器支架，如图11所示。屏风后部预留足够空间，满足显示器支架前后调节空间需要。

显示器支架通过前后两个法兰夹紧的方式固定，实现其在左右任意位置移动，如图12所示。

如图10所示，屏风滑道长度与屏风宽度保持一致，最大限度地保证了显示器支架左右移动的距离。显示器支架固定法兰从屏风左侧进入滑道，除进入口外，其他区域均将显示器固定法兰包围，即使安装螺钉脱落显示器支架也不会脱离滑道而发生脱落危险。

图10 屏风成型结构方式

图11 屏风结构（截面）

图12 显示器支架安装示意

3.2　显示器支架结构设计

显示器支架需满足两个关键要求：一是满足上述功能要求，可实现显示器在前后方向74mm范围内任意位置移动；二是满足C项目抗震要求，在任何位移位置都可以可靠锁紧。

屏风式OWP盘台显示器支架整体结构样式如图13所示。该显示器支架主要由8部分组成，其中：

（1）显示器支架本体，是显示器支架的主要承载部分，其固定法兰是与屏风的安装接口。该部分使用Q235B材质制作。

（2）伸缩轴，是显示器支架的重要承载部分，通过调节⑥调节螺栓可以实现前后移动。该部分使用304不锈钢材质制作。

（3）万向调整球，可实现显示器各个角度的调节，通过调节⑦锁紧螺栓可以改变其与⑤显示安装板之间的阻尼直至可靠锁紧。

（4）活动法兰，与①显示器支架本体中的固定法兰和⑧安装螺钉配合将显示器支架固定在屏风。

（5）显示器安装板，用于安装显示器，显示器安装孔为上下方向的长孔，可以弥补上下方向上的加工和安装误差。

（6）调节螺栓，通过工具调节该螺栓带动②伸缩轴前后移动，实现显示器的前后移动。螺纹传动，同时保证②伸缩轴可以在任意位置可靠锁紧。

（7）锁紧螺栓，通过工具调节该螺栓，可以调整③万向调整球与⑤显示安装板之间的阻尼，待显示器角度确定后可紧固该螺栓使调整角度可靠锁紧。

（8）安装螺钉，连接④活动法兰和①显示器支架本体中的固定法兰，通过紧固力矩将显示器支架整体安装固定在屏风。

图13 显示器支架结构样式

图14 显示器支架结构组成示意图

根据屏风空间尺寸，将显示器支架前后调节量设计为100mm，约25mm的裕量可以扩大其使用范围。

3.3　人因设计要求

除上述功能和抗震要求外，结构设计时还需要考虑人因设计要求。例如：坐姿操作的控制台高度一般不应超过最矮操作员坐姿时的眼高1140mm，因此显示器安装到屏风式OWP盘台后，其（包括屏风）最高尺寸不能超过1140mm；坐姿操作控制台显示器的高度在操作位置处应在操作员视野上限水平视线以上75°之内，其安装方向应使视角不小于45°，因此显示器支架③万向调整球的角度调整范围要满足要求。

4　相关验证

C项目屏风式OWP盘台US-OWP最终效果如图14所示。为证明其结构设计满足项目相关需求而制作样机进行相关验证。

4.1　加工验证

抗震屏风式OWP盘台通过样机加工，证明其具有可加工性，满足加工要求。

图15 C项目US-OWP盘台效果示意图

4.2　成套验证

抗震屏风式OWP盘台样机加工后，对其进行成套验证。通过调节显示器支架，可实现显示器之间缝隙均匀且最小间距10mm的要求；屏风可实现避免显示器之间缝隙漏光的要求。

4.3　操作员评审

邀请C项目核电站操作员对抗震屏风式OWP盘台样机进行评审，并一次性通过评审。

4.4　抗震验证

C项目抗震屏风式OWP盘台样机一次性通过了第三方抗震试验验证。其中屏风及显示器支架的相关试验数据如表1所示。可见：屏风结构X向固有频率最小为37.385Hz，大于典型地震频率范围1-33Hz；显示器支架（显示器）X向位移为3.614mm，2×3.614=7.228mm小于10mm。因此显示器最小间距设计为10mm在地震载荷下不会发生碰撞现象。

表1 抗震试验测量相关数据

注：表1坐标X、Y、Z的方向定义为：

（1）X—面对盘台水平面左右方向；

（2）Y—面对盘台水平面前后方向；

（3）Z—面对盘台水平面垂直方向。

4.5　验证结论

针对C项目研发的核电站抗震屏风式OWP盘台可满足操作员提出的显示器密集安装且间距均匀和显示器之间缝隙不漏光的要求。通过样机加工验证，核电站抗震屏风式OWP盘台符合加工要求；通过抗震试验验证，核电站抗震屏风式OWP盘台满足C项目抗震要求，可以实现显示器之间最小间距10mm安装要求。

核电站抗震屏风式OWP盘台是继核电站抗震嵌入式OWP盘台和核电站抗震支架式OWP盘台之后又一种新型的满足核电站使用要求的OWP盘台。

5　工程应用

目前，C项目1#机组屏风式OWP盘台已经在核电现场安装完毕，2#机组屏风式OWP盘台已经加工完成，正处于成套过程中；D项目1#机组和2#机组屏风式OWP盘台均已加工完成，正处于成套过程中；E项目1#机组和2#机组屏风式OWP盘台正在加工过程中。

集团已经将核电站抗震屏风式OWP盘台作为华龙一号堆型的标准OWP盘台，其在后续华龙一号核电站项目中将有广泛的应用前景。

6　结束语

无论是嵌入式OWP盘台、支架式OWP盘台，还是屏风式OWP盘台，均满足核电站相关人因设计要求，均通过抗震试验验证满足相关核电站的抗震要求。

不同形式的OWP盘台有其各自特点，例如：嵌入式OWP盘台有外观简洁整齐、加工简单容易等优点，但也有显示器无法调整、不易维护、安装结构尺寸较大而外观略显笨重的缺点；支架式OWP盘台有外观轻盈时尚、显示器安装简单、显示器独立可调等优点，但也有显示器支架设计加工要求较高、无法隐藏线缆等缺点；屏风式OWP盘台有可实现显示器密集安装、避免显示器缝隙漏光的优点，但也有结构相对比较复杂、设计加工难度较大、重量较大等缺点。在实际工程项目中，应该根据具体上游输入及客户要求确定OWP盘台的具体样式。

作者简介：

张　伟（1979-），男，北京人，高级工程师，学士，现就职于北京广利核系统工程有限公司，主要从事核电厂非安全级仪控系统设计方面的工作。

参考文献：

[1] HAF J0055-1995, 核电厂控制室设计的人因工程原则[S].

[2] DL/T 575.2-1999, 控制中心人机工程设计导则 第2部分: 视野与视区划分[S].

[3] GB 13625-1992, 核电厂安全系统电气设备抗震鉴定[S].

[4] 张伟. 核电站主控室OWP显示器安装方式的研究与应用[J]. 自动化博览, 2023, 40 (362) : 44 - 47.

摘自《自动化博览》2024年5月刊