核反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件吊具設(shè)計(jì)

陳書華等

【摘 要】核反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件的吊裝由于環(huán)境輻照劑量大、精度要求高等原因?qū)е鹿ぷ麟y度較大，本文根據(jù)某型核反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)一套專用的吊具，給出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介，對(duì)其關(guān)鍵零件進(jìn)行了強(qiáng)度核算，并提出了調(diào)試、安裝和使用工藝等要求。

【關(guān)鍵詞】核反應(yīng)堆；堆內(nèi)構(gòu)件；吊具

【Abstract】Nuclear reactor internals lifting is difficult because of strong radiation and high accuracy. This paper gives a designing scheme of lifting device for the nuclear reactor internals. The structure， strength checking， adjustment and installation of the lifting device is also provided.

【Key words】Reactor；Internals；Lifting device

0 引言

核反應(yīng)堆檢修由于環(huán)境輻照劑量大、定位要求高等原因?qū)е鹿ぷ麟y度大[1]，對(duì)檢修設(shè)備提出了較特殊的設(shè)計(jì)要求如水下進(jìn)行、遠(yuǎn)距離操作等，其中堆內(nèi)構(gòu)件（主要有吊籃組件、壓緊組件和壓緊彈簧組件）的裝拆工具即為典型的核反應(yīng)堆檢修專用工具。本文根據(jù)某研究用反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套專用的吊具，在反應(yīng)堆檢修時(shí)分別將吊籃組件、壓緊組件和壓緊彈簧組件安全、可靠地吊入、吊出反應(yīng)堆壓力容器。

1 設(shè)計(jì)思路

由于該研究堆的吊籃法蘭面寬度較窄，因此利用吊籃筒體上的流水孔作為起吊孔起吊，流水孔吊裝與壓緊組件和壓緊彈簧的吊耳吊裝方式不同并且不在一個(gè)高度上，因此起初計(jì)劃設(shè)計(jì)兩套吊具分別對(duì)吊籃組件、壓緊組件和壓緊彈簧組件的吊裝，現(xiàn)綜合考慮，優(yōu)化設(shè)計(jì)流水孔結(jié)構(gòu)、壓緊組件和壓緊彈簧的吊耳結(jié)構(gòu)，合理布置它們的吊裝孔及吊耳，壓緊彈簧組件的吊耳與壓緊組件的吊耳在同一圓周并且同一高度上，兩者從0°開始相互間隔60°排列。通過增設(shè)專用吊裝工裝軸向調(diào)節(jié)墊塊，可以設(shè)計(jì)一套專用吊裝工具，既適用于吊籃組件的流水孔式吊裝，同時(shí)可用于壓緊組件和壓緊彈簧的吊耳式吊裝。

2 結(jié)構(gòu)介紹

堆內(nèi)構(gòu)件吊具主要由導(dǎo)向柱、索具螺旋扣、氣缸安裝體、定位盤、定位銷、吊具體、軸向調(diào)節(jié)墊塊、氣缸架、吊運(yùn)銷、鋼絲繩組件、氣缸和水下攝像頭等組成。堆內(nèi)構(gòu)件吊具的結(jié)構(gòu)見圖1。

2.1 吊具體

吊具體為法蘭結(jié)構(gòu)，在中間布置3根呈120°分布、高為100mm的徑向加強(qiáng)板，以加強(qiáng)吊具體鋼度和便于布置氣缸安裝體以及吊具支承部分。吊具體作為吊籃吊具的基礎(chǔ)載體，連接堆內(nèi)構(gòu)件吊具的各個(gè)零部件，并由調(diào)節(jié)墊塊調(diào)節(jié)吊具的軸向高度來實(shí)現(xiàn)對(duì)吊籃組件、壓緊組件和壓緊彈簧組件的吊裝，同時(shí)調(diào)節(jié)墊塊提供適當(dāng)距離以保證吊具體到位后不會(huì)與壓力容器法蘭面上的凸臺(tái)接觸。

2.2 索具螺旋扣

索具螺旋扣連接鋼絲繩與吊具體。可通過調(diào)整索具螺旋扣的螺紋配合長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)整個(gè)吊具的水平度。

2.3 導(dǎo)向柱

導(dǎo)向柱長(zhǎng)度為6500mm，導(dǎo)向柱精度分為4段，分別是導(dǎo)入段、一級(jí)導(dǎo)向段、二級(jí)導(dǎo)向段和生根段。

由于堆內(nèi)構(gòu)件吊具的粗導(dǎo)向和精導(dǎo)向都是靠導(dǎo)向柱實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)入段保證吊籃組件底部在進(jìn)入壓力容器之前實(shí)現(xiàn)對(duì)其粗導(dǎo)向。導(dǎo)入段呈長(zhǎng)錐形，可以減輕和降低吊具中心及周向的定位要求，便于吊具定位孔進(jìn)入導(dǎo)向柱。

一級(jí)導(dǎo)向段處于當(dāng)?shù)趸@組件即將進(jìn)入分流結(jié)構(gòu)時(shí)起導(dǎo)向作用。

二級(jí)導(dǎo)向段處于吊籃法蘭即將進(jìn)入壓力容器的4個(gè)鍵時(shí)起導(dǎo)向作用。

生根段與壓力容器法蘭定位栓孔配合并固定，導(dǎo)向柱在該孔定位相當(dāng)于壓力容器定位栓的延長(zhǎng)。導(dǎo)向柱與定位盤、定位銷配合為吊具提供徑向定位。

2.4 氣缸安裝體

氣缸安裝體的作用是連接吊具體、吊運(yùn)銷和氣缸架。為氣缸中心線、吊運(yùn)銷軸線和吊運(yùn)流水孔中心線或者吊耳提供線性對(duì)中。

2.5 定位盤、定位銷

定位盤通過定位銷在吊具體上定位并用螺柱固定，與導(dǎo)向柱配合對(duì)吊具進(jìn)行導(dǎo)向。

2.6 氣缸架

氣缸架的作用是連接水下氣缸和氣缸安裝體，并為氣缸提供行程空間。

2.7 吊運(yùn)銷

吊運(yùn)銷與氣缸聯(lián)接，在氣缸作用下吊運(yùn)銷被推入、抽出起吊流水孔或者吊耳中。為了滿足裝卸設(shè)備必須設(shè)計(jì)成能防止燃料組件跌落的要求[2]，吊運(yùn)銷前端有小凸臺(tái)，可防止誤操作導(dǎo)致被吊構(gòu)件滑落。

2.8 氣缸

三個(gè)氣缸能夠防水，分別固定在氣缸架上，屬外購件。氣缸通過氣缸架和氣缸安裝體與吊具體相連接，當(dāng)?shù)蹙呔臀缓螅渲行木€與吊運(yùn)所使用的流水孔中心線或者吊耳對(duì)齊。

2.9 軸向調(diào)節(jié)墊塊

軸向調(diào)節(jié)墊塊分為A組和B組。A組坐在壓力容器法蘭面上，在起吊吊籃組件時(shí)起軸向定位作用；在起吊壓緊組件與壓緊彈簧組件時(shí)，B組坐在A組上，讓吊具體上升至吊運(yùn)銷對(duì)準(zhǔn)其起吊吊耳的高度。

2.10 水下攝像頭

水下攝像頭能夠監(jiān)視水下的動(dòng)作情況，其管線依附于汽缸安裝體側(cè)面，通過攝像頭操作人員能夠遠(yuǎn)距離確認(rèn)吊運(yùn)銷的狀態(tài)。

3 計(jì)算校核

正常情況下由于吊籃組件最重，且在考慮特殊情況下可能需要連同整堆燃料組件一起吊運(yùn)，假設(shè)總重為30t，關(guān)鍵零件校核如下：

3.1 吊運(yùn)銷強(qiáng)度校核

3.2 鋼絲繩計(jì)算選型

由載重30t計(jì)算，鋼絲繩組件與豎直線夾角≥45°，知單根鋼絲繩拉力F=140kN，可選用不銹鋼鋼絲繩：22.0NAT6×19+IWR GB/T9944其實(shí)測(cè)破斷拉力總和為295kN，滿足要求。

4 設(shè)備調(diào)試

堆內(nèi)構(gòu)件吊具使用前的狀態(tài)必須是完好無損，各部件應(yīng)當(dāng)經(jīng)過調(diào)試和維護(hù)：

（1）保證索具螺旋扣能夠靈活的轉(zhuǎn)動(dòng)以便對(duì)其進(jìn)行調(diào)平；

（2）保證吊運(yùn)銷在汽缸的作用下能夠順暢地進(jìn)出吊裝孔或者吊耳；

（3）定位盤表面應(yīng)當(dāng)光滑無毛刺，能夠沿著導(dǎo)向柱上下移動(dòng)無卡滯；

（4）鋼絲繩無任何損傷。

5 安裝使用

5.1 吊具安裝

將軸向調(diào)節(jié)墊塊A組放置于壓力容器法蘭面上，吊具通過鋼絲繩與廠房吊車連接。首先調(diào)節(jié)索具螺旋扣對(duì)吊具進(jìn)行調(diào)水平至1‰，然后將吊具放置于軸向調(diào)節(jié)墊塊A組上，將導(dǎo)向柱穿過吊具體插入導(dǎo)向定位孔內(nèi)，把吊具沿導(dǎo)向柱提起至吊具體下表面距離壓力容器法蘭面約35mm處，再對(duì)吊具進(jìn)行水平及對(duì)中調(diào)整，調(diào)整完成后，將定位盤沿導(dǎo)向柱裝入，現(xiàn)場(chǎng)配做銷孔，將定位盤固定在吊具體上。通過修正A組墊塊的高度使吊運(yùn)銷對(duì)準(zhǔn)吊籃的吊裝孔；再將吊具吊起，將B組墊塊安裝上，修正B組墊塊高度使吊運(yùn)銷能夠?qū)?zhǔn)壓緊組件或者壓緊彈簧組件的吊耳。這樣確定軸向調(diào)節(jié)墊塊的高度尺寸。

5.2 吊具使用

首先安裝導(dǎo)向柱和軸向調(diào)節(jié)墊塊，再將吊具鋼絲繩與廠房吊車連接，并對(duì)吊具進(jìn)行調(diào)平，定位盤對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向柱，將吊具沿導(dǎo)向柱裝入并坐于A組軸向調(diào)節(jié)墊塊上。吊具就位后，通過氣缸推動(dòng)吊運(yùn)銷插入流水孔，當(dāng)?shù)踹\(yùn)銷完全插入流水孔后（可通過水下攝像頭觀察），進(jìn)行吊運(yùn)操作。

吊裝壓緊組件時(shí)，由于吊耳高度比吊籃的吊裝流水孔高，需要將B組軸向調(diào)節(jié)墊塊安裝于A組上（如圖3所示）來調(diào)節(jié)吊具高度使其吊運(yùn)銷到位后與吊耳對(duì)齊，其他操作同吊裝吊籃組件，吊具就位后，汽缸推動(dòng)吊運(yùn)銷插入壓緊組件的吊耳中（可通過水下攝像頭觀察），進(jìn)行吊運(yùn)操作。

吊裝壓緊彈簧組件與吊裝壓緊組件基本相同，只需要將吊具旋轉(zhuǎn)180°，讓吊運(yùn)銷與其吊耳的角度匹配，其他操作相同。

6 結(jié)束語

本文主要對(duì)新研究反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件的吊裝工具進(jìn)行了研究，初步確定了堆內(nèi)構(gòu)件吊具的結(jié)構(gòu)及使用工藝，為研究堆堆內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計(jì)定型提供了裝卸工藝可行方面的支撐。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃新東，洪龍.核電換料檢修[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2013.

[2]中廣核工程有限公司.壓水堆核電廠核島設(shè)計(jì)·核島工藝系統(tǒng)和布置設(shè)計(jì)[M].北京：原子能出版社，2010.

[責(zé)任編輯：劉展]