裝卸料機(jī)主提升同心度問題分析與處理

于春寧 鄧寅生

摘要：核燃料裝卸和貯存系統(tǒng)（PMC系統(tǒng)）擔(dān)負(fù)著核電站核燃料組件裝卸和貯存的重要功能，是核電站運(yùn)行的前提。裝載機(jī)作為核燃料裝卸和貯存系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，主要用于完成反應(yīng)堆廠房內(nèi)燃料組件的裝卸。其運(yùn)行的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性直接關(guān)系到核電站燃料的順利裝卸。本文從分析裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)入手，通過研究影響同心度的各種因素，最終確定裝載機(jī)同心度超差的原因，從而可以解決堆芯定位偏差問題。

關(guān)鍵詞：裝載機(jī)所有者;提升;同心度問題;分析處理;研究

1問題描述

1.1主提升結(jié)構(gòu)介紹

裝卸機(jī)主升降機(jī)主要由四部分組成：轉(zhuǎn)臺(tái)、固定套筒、伸縮套筒和爪。其中轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在轎廂頂部，內(nèi)部主要為主提升的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)0～270°方向的旋轉(zhuǎn)。固定套筒位于小車底部，主要為伸縮套筒的上下運(yùn)動(dòng)提供導(dǎo)向。伸縮套筒位于固定套筒內(nèi)，轉(zhuǎn)臺(tái)中的主提升驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過鋼絲繩控制上下移動(dòng)。伸縮套筒的下部通過法蘭結(jié)構(gòu)與夾持器連接，以執(zhí)行燃料組件操作的功能。在反應(yīng)堆堆芯中，燃料組件之間的理論間隙值為1 mm。裝載機(jī)主提升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的特殊性有利于保證燃料組件裝載的精度。

1.2問題描述

在裝載燃料組件之前，需要進(jìn)行一系列調(diào)試試驗(yàn)，以進(jìn)行設(shè)備參數(shù)設(shè)置和邏輯性能驗(yàn)證。其中，巖心定位試驗(yàn)是裝卸機(jī)多項(xiàng)試驗(yàn)的關(guān)鍵部分。堆芯定位測試一般包括三個(gè)部分：堆芯坐標(biāo)參數(shù)獲取、堆芯定位驗(yàn)證和預(yù)檢階段的再驗(yàn)證。

在國內(nèi)某核電廠的預(yù)檢階段，預(yù)檢人員進(jìn)行了堆芯定位驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)：1）當(dāng)裝載機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)處于直立位置時(shí)，模擬燃料組件可以正確放置在反應(yīng)堆下部內(nèi)構(gòu)件中，且四個(gè)前進(jìn)方向，前后移動(dòng)6.0mm，但總成仍能正確放置;2） 裝卸機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°后，模擬燃料組件無法正確定位在下部反應(yīng)堆的內(nèi)部構(gòu)件中。通過望遠(yuǎn)鏡和偏移法檢查，確定模擬燃料組件無法正確定位，因?yàn)橄虏抗茏?0°。

上述巖心定位驗(yàn)證結(jié)果與之前的測試結(jié)果完全不一致。在正常情況下，當(dāng)裝載機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)處于直立位置時(shí)，可以在堆芯中正確抓取模擬燃料組件。轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°后，模擬燃料組件仍然可以在堆芯中正確抓取。前、后、左、右方向的偏移量應(yīng)不小于6.0 mm。堆芯定位和驗(yàn)證異常的原因表明，裝卸機(jī)主提升的同心度已嚴(yán)重超出。當(dāng)前狀態(tài)下的裝卸機(jī)不具備進(jìn)行核燃料裝載的條件。裝卸機(jī)主起升超過標(biāo)準(zhǔn)的原因必須在現(xiàn)場找到并解決，然后才能繼續(xù)后續(xù)的核燃料裝載。

2原因查找和分析

2.1原因搜索

1） 外觀檢查

（1）檢查裝卸機(jī)夾爪，手指前方0°方向有明顯的敲擊痕跡;（2）檢查裝卸機(jī)固定套、伸縮套，未見明顯異常;（3）檢查模擬燃料組件，外表面無明顯異常;（4）檢查夾爪在固定套筒中的運(yùn)動(dòng)情況，夾爪在上升過程中與固定套筒的導(dǎo)軌間隙配合，但直到模擬燃料組件進(jìn)入固定套筒后，發(fā)現(xiàn)固定套筒和組件背面（270°方向）下的套筒導(dǎo)軌槽完全死掉，正常情況下應(yīng)具有統(tǒng)一的間隙。

2） 參數(shù)復(fù)測

（1） 裝卸機(jī)主提升伸縮套垂直度復(fù)測，結(jié)果在合格范圍內(nèi)，安裝完成后與測量結(jié)果一致;（2） 重新測量伸縮套的同心度（用千分表測量爪體），結(jié)果為1.8mm，超出合格范圍（≤ 0.75毫米）。其中伸縮套安裝后測量結(jié)果為0.45mm;③ 在裝卸機(jī)抓取狀態(tài)下，測量模擬燃料組件的垂直度，下管座相對(duì)于上管座向后（270°方向）偏移8.5mm。單獨(dú)測量模擬燃料組件的垂直度，結(jié)果在合格范圍內(nèi)（測量值<1.0mm）。

3） 定位檢查

（1） 裝載和卸載機(jī)器運(yùn)行至燃油輸送裝置，然后將夾持器下降至燃油箱。左右方向間隙相等，但夾鉗正面（90°方向）卡在油箱上（調(diào)試后間隙為3.0mm）;（2） 裝載機(jī)到核心A7點(diǎn)的機(jī)會(huì)是，安裝大車坐標(biāo)重置板，分別測量大車重置方向的距離，并與調(diào)試結(jié)果記錄完成后進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)小車方向結(jié)果，小車方向電流值比調(diào)試記錄結(jié)果大7.0mm，A7點(diǎn)表示整個(gè)裝卸機(jī)堆芯坐標(biāo)系原點(diǎn)，這表明堆芯坐標(biāo)可能整體向前移動(dòng)了7.0 mm（180°）。

2.2原因分析

1） 主上升異常同心度

通過對(duì)爪擊痕跡的觀察和分析，可以確認(rèn)爪指鉤與硬物發(fā)生碰撞，碰撞過程中的沖擊載荷可能會(huì)影響爪、伸縮套等主要起重部件的結(jié)構(gòu)和尺寸。

伸縮套筒為圓柱形結(jié)構(gòu)，前后方向焊接有導(dǎo)軌。在操作過程中，由幾組導(dǎo)向輪固定，以確保不會(huì)晃動(dòng)。夾持器的主要部件也是圓柱形結(jié)構(gòu)，四個(gè)指鉤是夾持燃料組件的主要軸承部件。夾持器和伸縮套筒通過4個(gè)螺栓連接。考慮到上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)夾鉗和伸縮套筒受到撞擊載荷的沖擊時(shí)，最有可能的沖擊是夾鉗和伸縮套筒之間的連接法蘭結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)場復(fù)測的相關(guān)參數(shù)證實(shí)了上述推測：伸縮套筒的垂直度符合要求，其主體沒有變形;在夾具處測量伸縮套筒的同心度，發(fā)現(xiàn)其超出后部公差（270°方向），表明夾具主體或夾具與伸縮套筒之間的法蘭連接變形。更換另一個(gè)夾持器后，同心度偏差的方向和大小與以前基本相同，消除了夾持器本體變形的可能性。

這樣，可以確定連接夾具和伸縮套筒的法蘭由于碰撞而變形，從而導(dǎo)致主提升的同心度參數(shù)超出公差。由于伸縮套管的垂直度不變，因此計(jì)算了同心度變化對(duì)巖心定位的影響。

根據(jù)相似三角形原理，可以計(jì)算ω=7.9mm。該值與實(shí)測構(gòu)件下承口相對(duì)于上承口的偏移量（8.5mm）基本一致，說明上述分析過程是可信的。

2） 裝卸機(jī)坐標(biāo)偏差

現(xiàn)場參數(shù)復(fù)測時(shí)，發(fā)現(xiàn)裝卸機(jī)處于燃料輸送裝置的正確位置，夾持器與油箱左右側(cè)間隙相等，正面（90°方向）完全卡在地面上;裝卸機(jī)運(yùn)行至A7點(diǎn)，安裝大小車坐標(biāo)復(fù)位板，分別測量大小車方向的復(fù)位距離，并與調(diào)試后記錄的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)小小車方向的結(jié)果一致，與記錄結(jié)果相比，大小車方向值增加了7.0mm。同時(shí)，對(duì)現(xiàn)場的PLC裝卸機(jī)的所有核心坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行了復(fù)核，結(jié)果都是正確的。

根據(jù)上述情況，可以確認(rèn)裝卸機(jī)的核心坐標(biāo)整體向前移動(dòng)7.0mm（90°方向）。造成這種現(xiàn)象的可能原因包括現(xiàn)場人員誤動(dòng)卡車編碼器的齒輪，以及機(jī)架上的異物導(dǎo)致卡車編碼器移動(dòng)時(shí)齒輪跳動(dòng)。

3） 巖心坐標(biāo)驗(yàn)證異常

（1） 夾具的碰撞導(dǎo)致模擬燃料組件下部管座在270°方向上出現(xiàn)7.9mm的偏差。當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，下部管座的偏差再次變?yōu)?0°方向上的7.9mm偏差。② 裝載機(jī)坐標(biāo)的整體向前移動(dòng)將在模擬燃料組件的下部管座上疊加7.0mm至90°的偏移量，該偏移量不會(huì)因轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)而改變方向。因此，在裝卸機(jī)器時(shí)，在燃料組件集箱下方模擬轉(zhuǎn)臺(tái)，因?yàn)橛袃蓚€(gè)相對(duì)且大致相等的偏移量，因此，偏移量相互偏移，集箱基本位于上部下部反應(yīng)器的導(dǎo)銷中，部件可以在堆芯中正確就位，并且偏移量在6毫米左右，也可以仍然正確的就位。但是，當(dāng)裝載機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，模擬燃料組件下部管座上沿同一方向的兩個(gè)偏移量將疊加在一起，從而在90°方向上產(chǎn)生更大的偏移量，導(dǎo)致組件無法正確定位在下部堆內(nèi)構(gòu)件中。

3處理措施

3.1裝卸機(jī)整體坐標(biāo)偏差

裝載到A7機(jī)會(huì)點(diǎn)的處理措施，安裝大車方向復(fù)位板的位置，然后微調(diào)裝載和卸載機(jī)的位置，確保在復(fù)位板值完成后，從位移和調(diào)試記錄中確定其在大車和小車方向，然后分別重置小車和小車編碼器的值，這樣可以從整體上糾正裝卸機(jī)坐標(biāo)偏移問題。

4結(jié)論

本文在裝載前驗(yàn)證堆芯坐標(biāo)的過程中，詳細(xì)調(diào)查和分析了裝載機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°后模擬燃料組件無法正確安裝在堆芯中的原因。分析發(fā)現(xiàn)，裝卸機(jī)夾爪撞擊事故造成連接法蘭底部伸縮變形，導(dǎo)致裝卸機(jī)主升同心度參數(shù)出現(xiàn)超差，在通過模擬燃料組分的過程中，偏差被放大到閥座下方的管道上，并且裝卸機(jī)意外地協(xié)調(diào)整體偏移，導(dǎo)致異常堆芯坐標(biāo)驗(yàn)證問題。在此基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的處理方案，最終徹底解決了問題，有效地保證了核電站核燃料裝填的安全，為后續(xù)處理類似裝卸機(jī)問題提供了思路和參考。

參考文獻(xiàn)

[1]謝俊. AP1000核電機(jī)組裝卸料機(jī)技術(shù)特點(diǎn)及堆芯裝卸料技術(shù)難點(diǎn)探討[J]. 機(jī)電信息，2016（03）：58-60.