核電廠裝卸料機(jī)伸縮套筒卡澀原因分析

閔濟(jì)東 楊欣 辜英麗 祝飛 賈仲林

摘 要：燃料操作與貯存系統(tǒng)，屬于核輔助系統(tǒng)。主要活動(dòng)包括新燃料組件入堆前的接收、檢查、貯存，堆芯換料以及乏燃料組件的運(yùn)輸、貯存和發(fā)送等一系列工藝操作。裝卸料機(jī)中伸縮套筒導(dǎo)向輪與其旋轉(zhuǎn)軸材質(zhì)相同，兩者之間未設(shè)計(jì)軸承及軸套，貼合面光潔度不高且無(wú)排屑設(shè)計(jì)，該固有結(jié)構(gòu)可能會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)向輪與其旋轉(zhuǎn)軸之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生金屬碎屑，并積存在腔室內(nèi)；不光潔的配合面及運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的金屬碎屑隨時(shí)間積累到一定程度后，導(dǎo)向輪與其旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)間隙不足造成相對(duì)運(yùn)動(dòng)卡澀。經(jīng)過對(duì)同行電廠的調(diào)研，通過在裝卸料機(jī)導(dǎo)向輪上增加QSn7-0.2（錫青銅）材質(zhì)軸套進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，避免相同材質(zhì)導(dǎo)向輪與輪軸直接軸孔配合，改進(jìn)后的導(dǎo)向輪在使用過程中未出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：裝卸料機(jī)；伸縮套筒；導(dǎo)向輪；軸套

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.077

0 前言

燃料操作與貯存系統(tǒng)，屬于核輔助系統(tǒng)。主要活動(dòng)包括新燃料組件入堆前的接收、檢查、貯存，拆卸和裝封反應(yīng)堆，堆芯換料以及乏燃料組件的運(yùn)輸、貯存和發(fā)送等一系列工藝操作。其主要功能有

（1）在冷態(tài)和卸壓狀態(tài)下，實(shí)施反應(yīng)堆的換料操作；

（2）從新燃料組件的現(xiàn)場(chǎng)接收到裝入反應(yīng)堆前的貯存；

（3）貯存乏燃料組件和破損燃料組件；

（4）把乏燃料組件裝入乏燃料運(yùn)輸容器，包括裝料前乏燃料運(yùn)輸容器的準(zhǔn)備、裝料、去污和將乏燃料運(yùn)輸容器裝在運(yùn)輸車輛上。

某核電廠102大修處于裝料階段，裝卸料人員在操作裝卸料機(jī)抓取第68步組件在堆芯區(qū)域定位后，下降組件至870mm時(shí)出現(xiàn)伸縮套筒欠載報(bào)警，提升組件時(shí)出現(xiàn)伸縮套筒超載報(bào)警。

對(duì)裝卸料機(jī)進(jìn)行目視檢查，外部檢查未發(fā)現(xiàn)缺陷，根據(jù)伸縮套筒卡澀位置，初步分析故障原因?yàn)檠b卸料機(jī)內(nèi)部伸縮套筒卡澀。將伸縮套筒電機(jī)切換至手動(dòng)模式，將套筒內(nèi)的燃料組件提至最高位置。使用CCTV視頻檢查工具對(duì)水下伸縮套筒進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

將裝卸料機(jī)移至堆芯側(cè)、吊運(yùn)水閘門至堆芯側(cè)并充氣、堆芯側(cè)排水至法蘭面、吊運(yùn)假頂蓋、在裝卸機(jī)固定套筒周圍搭建腳手架。通過拆除裝卸料機(jī)外套筒檢查孔檢查，確認(rèn)第4組導(dǎo)向輪故障。隨后完成了故障導(dǎo)向輪維修及其他的導(dǎo)向輪檢查，執(zhí)行了裝卸料機(jī)空載干試試驗(yàn)，試驗(yàn)合格。

1 失效原因分析

1.1 失效機(jī)理的理論分析

裝卸料機(jī)固定套同上的導(dǎo)向輪組件共6組，每組2個(gè)，共計(jì)12個(gè)導(dǎo)向輪組件。每個(gè)導(dǎo)向輪組件由兩個(gè)側(cè)向?qū)蜉喓鸵粋€(gè)中心導(dǎo)向輪組成（見圖1、2），側(cè)向?qū)蜉喤c旋轉(zhuǎn)軸未設(shè)計(jì)軸承或軸套，旋轉(zhuǎn)軸為偏心設(shè)計(jì)，安裝時(shí)通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)軸的偏心角度來(lái)調(diào)節(jié)兩個(gè)側(cè)向?qū)蜉喤c導(dǎo)軌間的間距（間距要求為0.3-0.4mm）；中心導(dǎo)向輪位置由導(dǎo)輪座與調(diào)節(jié)螺栓來(lái)調(diào)節(jié)，兩側(cè)導(dǎo)向輪的旋轉(zhuǎn)軸與調(diào)節(jié)螺栓在尾部由鋼絲繩捆綁固定。

導(dǎo)向輪與其旋轉(zhuǎn)軸材質(zhì)相同，兩者之間未設(shè)計(jì)軸承及軸套，貼合面光潔度不高且無(wú)排屑設(shè)計(jì)，在干式試驗(yàn)中無(wú)有效潤(rùn)滑方式，水下工作由換料水池水提供潤(rùn)滑；該固有結(jié)構(gòu)可能會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)向輪與其旋轉(zhuǎn)軸之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生金屬碎屑，并積存在腔室內(nèi)；不光潔的配合面及運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的金屬碎屑隨時(shí)間積累到一定程度后，導(dǎo)向輪與其旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)間隙不足造成相對(duì)運(yùn)動(dòng)卡澀，導(dǎo)向輪與導(dǎo)軌的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式由滾動(dòng)摩擦變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦，裝卸料機(jī)伸縮套筒在燃料釋放過程中觸發(fā)欠載保護(hù)。

裝卸料機(jī)固定套筒上裝有6層導(dǎo)向輪，每層90°和270°方向各有1套導(dǎo)向輪，每套導(dǎo)向輪包括2個(gè)側(cè)輪和1個(gè)頂輪（見圖1）。導(dǎo)向輪與輪軸直接軸孔配合，兩者材質(zhì)均為不銹鋼（0Cr17Ni4Cu4Nb），在長(zhǎng)期的導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中容易出現(xiàn)粘著磨損，金屬直接接觸相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生局部高溫導(dǎo)致材料由一表面撕脫下轉(zhuǎn)移粘附到另一表面，嚴(yán)重的粘著磨損會(huì)造成運(yùn)動(dòng)副“咬死”，即導(dǎo)向輪卡死不能轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，如果燃料轉(zhuǎn)運(yùn)裝置承載器垂直度不佳、裝卸料機(jī)伸縮套筒與燃料轉(zhuǎn)運(yùn)裝置承載器對(duì)中不良等都會(huì)加劇導(dǎo)向輪的粘著磨損。

1.2 失效解體情況驗(yàn)證

經(jīng)對(duì)拆下部分導(dǎo)向輪組件后檢查發(fā)現(xiàn)異常有：

（1）中間導(dǎo)向輪固定螺栓的鎖緊墊片均未按照?qǐng)D紙要求鎖緊；

（2）兩側(cè)導(dǎo)向輪旋轉(zhuǎn)軸固定螺母的鎖緊墊片也未完全鎖死；

（3）兩個(gè)側(cè)向?qū)Ь€輪旋轉(zhuǎn)軸上均存在毛刺，導(dǎo)向輪均磨損嚴(yán)重。

檢查確認(rèn)第4組兩個(gè)側(cè)向?qū)蜉喚?，隨后拆除該導(dǎo)向輪組件，檢查發(fā)現(xiàn)輪旋轉(zhuǎn)軸上均有毛刺，導(dǎo)向輪均磨損嚴(yán)重，后打磨修復(fù)兩個(gè)側(cè)向?qū)蜉喰D(zhuǎn)軸，并更換兩個(gè)新的導(dǎo)向輪。

2 改進(jìn)方案

對(duì)裝卸料機(jī)導(dǎo)向輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作，具體優(yōu)化方案如下，通過在裝卸料機(jī)導(dǎo)向輪上增加QSn7-0.2（錫青銅）材質(zhì)軸套進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，避免相同材質(zhì)導(dǎo)向輪與輪軸直接軸孔配合。

2.1 側(cè)輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化

增加的軸套與側(cè)方導(dǎo)向輪采用過盈配合，其中導(dǎo)向輪上的軸套孔尺寸為，軸套外經(jīng)為。在裝配時(shí)軸套與導(dǎo)向輪采用溫差法將軸套壓入輪子后再加工Φ16H7的孔。

2.2 頂輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化

增加的軸套與導(dǎo)向輪頂輪采用過盈配合，其中導(dǎo)向輪上的軸套孔尺寸為，軸套外經(jīng)為。在裝配時(shí)軸套與導(dǎo)向輪采用溫差法將軸套壓入輪子后再加工Φ16H7的孔。

3 總結(jié)

本文結(jié)合核電廠出現(xiàn)的裝卸料機(jī)使用過程中出現(xiàn)的卡澀現(xiàn)象，分析了裝卸料機(jī)伸縮套筒卡澀的原因，并針對(duì)原因進(jìn)行了實(shí)用性分析，提出改進(jìn)建議，降低了原設(shè)備導(dǎo)向輪卡死造成的燃料操作風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證改造方法有效，有效的提高了裝卸料機(jī)運(yùn)行的可靠性，為國(guó)內(nèi)同行電廠處理類似問題提供了解決思路和辦法。

參考文獻(xiàn)：

[1]PMC 燃料操作與貯存系統(tǒng)手冊(cè)[C].