裝卸料機(jī)抓取燃料組件套筒更換技術(shù)分析

李俊

（中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司，廣東深圳518000）

1 背景

某核電站在堆芯進(jìn)行裝卸料機(jī)定位試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)裝卸料機(jī)在H08位置需要向前方向偏移19mm才能使組件就位，而程序要求最大偏移量≤12mm，連續(xù)偏移試驗(yàn)結(jié)果不合格。

通過(guò)對(duì)裝卸料機(jī)伸縮套筒的垂直度及圓周度進(jìn)行測(cè)量，分析造成組件下插偏移量大的原因是伸縮套筒下法蘭面與夾爪連接法蘭面不平整,存在0.5mm偏差。當(dāng)夾爪抓取燃料組件時(shí)，長(zhǎng)度約4m的燃料組件把此偏差放大，導(dǎo)致了需要偏移19mm后才能將燃料組件就位于堆芯。為保證裝卸料機(jī)的定位精準(zhǔn)度，須更換套筒。

套筒作為裝卸料機(jī)的主體部分，其拆除及回裝涉及多個(gè)相關(guān)聯(lián)的部件[1]，如裝卸料機(jī)轉(zhuǎn)塔及部件、ZTV部件、在線(xiàn)啜吸裝置部件、套筒水下燈等。

限于篇幅，本技術(shù)總結(jié)主要闡述套筒及轉(zhuǎn)塔的拆卸、安裝、套筒圓周度和垂直度測(cè)量調(diào)整過(guò)程，重點(diǎn)分析套筒圓周度和垂直度的測(cè)量及調(diào)整部分。

2 裝卸料機(jī)套筒拆除及安裝

2.1 轉(zhuǎn)塔拆除

裝卸料機(jī)轉(zhuǎn)塔是通過(guò)20顆螺栓與固定套筒一起固定在球軸承環(huán)上，轉(zhuǎn)塔里有主提升電機(jī)、齒輪箱等提升機(jī)構(gòu)，ZTV相關(guān)提升機(jī)構(gòu)、供氣管線(xiàn)、電纜等，在吊運(yùn)轉(zhuǎn)塔前，必須先把這些部件梳理清楚。拆除了與轉(zhuǎn)塔連接的外部管線(xiàn)后，對(duì)稱(chēng)松開(kāi)80%的固定螺栓（共20顆，松開(kāi)前以1～20序號(hào)標(biāo)記），用環(huán)吊吊鉤帶手拉葫蘆掛在轉(zhuǎn)塔吊耳上，先手動(dòng)把葫蘆拉緊，然后把所有固定螺栓松開(kāi)，確認(rèn)無(wú)干涉后，環(huán)吊把轉(zhuǎn)塔吊起。

吊起轉(zhuǎn)塔后，呈現(xiàn)轉(zhuǎn)塔下法蘭面與固定套筒上法蘭面，兩法蘭面通過(guò)U型組合墊片來(lái)調(diào)整間隙及水平。

2.2 固定套筒拆除

固定套筒是靠套筒上法蘭面“掛”在球軸承環(huán)上，吊運(yùn)前確認(rèn)伸縮套筒已用專(zhuān)用工具固定，啜吸管線(xiàn)、ZTV連接桿、水下燈等已經(jīng)拆除。確認(rèn)無(wú)干涉后，使用環(huán)吊帶手拉葫蘆等專(zhuān)用吊具把固定套筒和伸縮套筒整體吊走。拆除后的套筒放到在專(zhuān)用支架上。

2.3 新裝卸料機(jī)套筒安裝

新套筒安裝即可視為拆卸的逆過(guò)程，具體參考上述套筒拆卸過(guò)程。新套筒起吊時(shí)候需要注意的是，因?yàn)樘淄查L(zhǎng)度較大，起吊時(shí)候需要環(huán)吊的雙吊鉤配合，主吊鉤掛在套筒頂部，小吊鉤掛在套筒下部1/3處，兩鉤相互配合，實(shí)現(xiàn)套筒由橫放到豎立的過(guò)程。

3 套筒相關(guān)測(cè)量及試驗(yàn)

固定套筒（含伸縮套筒）和轉(zhuǎn)塔回裝到裝卸料機(jī)上后，20顆固定螺栓按照拆卸時(shí)標(biāo)號(hào)回裝但不緊固。然后安裝伸縮套筒懸掛頭，使伸縮套筒與鋼絲繩連接；提升電纜及管線(xiàn)回裝，使伸縮套筒能電動(dòng)提升下降，然后就進(jìn)入套筒測(cè)量及調(diào)整環(huán)節(jié)。

3.1 套筒參數(shù)調(diào)整PID法

裝卸料機(jī)伸縮套筒能實(shí)現(xiàn)安全可靠并有高精度地抓取燃料組件，主要涉及三個(gè)重要參數(shù)：圓周度、垂直度、控制導(dǎo)輪摩擦力，伸縮套筒的圓周度/垂直度調(diào)整需要涉及控制導(dǎo)輪的調(diào)整，而導(dǎo)輪間隙變化必然引起其摩擦力的變化，所以這三個(gè)參數(shù)的測(cè)量及調(diào)整需要按照一定的邏輯進(jìn)行，并且是一個(gè)反復(fù)調(diào)整的PID過(guò)程，具體如圖1：

圖1 套筒參數(shù)調(diào)整PID流程

3.2 套筒圓周度測(cè)量及調(diào)整

在測(cè)量套筒圓周度前，先用頂絲螺栓把套筒頂起，然后在套筒上法蘭面與球軸承環(huán)之間墊3mm的U型調(diào)節(jié)墊片，后面通過(guò)增減調(diào)節(jié)墊片的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)套筒圓周度的調(diào)整。

U型調(diào)節(jié)墊片增減計(jì)算：增減墊片后對(duì)套筒圓周度的貢獻(xiàn)，可以簡(jiǎn)化為杠桿原理計(jì)算，當(dāng)偏差數(shù)據(jù)較大時(shí)候，可以認(rèn)為墊片厚度的增減與圓周度偏差關(guān)系呈線(xiàn)性。套筒上法蘭面固定螺栓位置到套筒軸線(xiàn)距離約1.0m，上法蘭面到測(cè)量圓周度位置（夾爪下降到8000左右）距離約為12.0m，因此增減墊片厚度X，對(duì)于圓周度（最大值-最小值）貢獻(xiàn)為Y，計(jì)算為X/1.0=Y/12.0，Y=12X。

后續(xù)垂直度測(cè)量結(jié)果若不合格需調(diào)整導(dǎo)輪后，圓周度結(jié)果將會(huì)發(fā)生變化，需要重新測(cè)量，不合格需要繼續(xù)調(diào)整。（注：通過(guò)調(diào)整墊片調(diào)整圓周度或垂直度，屬粗調(diào)，若偏差范圍較小，則可通過(guò)調(diào)整導(dǎo)輪間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)。）

3.3 套筒垂直度測(cè)量及調(diào)整

圓周度調(diào)整合格后，需測(cè)量伸縮套筒垂直度。測(cè)量?jī)x器是使用經(jīng)緯儀，采取多組數(shù)據(jù)采樣，測(cè)量與調(diào)整并行方法。

①兩根標(biāo)尺分別固定在夾爪的0°和90°方向位置。

②分別在0°和90°方向測(cè)量伸縮套筒垂直度，期間每提升500mm測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)。

③根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，分析套筒垂直偏移方向及發(fā)生偏移的高度位置；適當(dāng)調(diào)整導(dǎo)輪間隙，通過(guò)松開(kāi)或逼進(jìn)導(dǎo)輪，調(diào)整垂直度。

④調(diào)整導(dǎo)輪后，再次測(cè)量套筒圓周度，圓周度合格后，再測(cè)量垂直度，然后根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)再次調(diào)整導(dǎo)輪，直至最后圓周度和垂直度均合格。

3.4 摩擦力測(cè)量及調(diào)整

摩擦力試驗(yàn)是在套筒圓周度、垂直度測(cè)量合格后進(jìn)行，目的是檢查是否存在導(dǎo)輪與伸縮套筒之間摩擦力過(guò)大的情況。

摩擦力測(cè)量方法：通過(guò)分別提升下降伸縮套筒，每200mm記錄一次載荷，計(jì)算出下降（或提升）過(guò)程載荷最大值與最小值之差，要求差值≤40daN。

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分析出提升和下降的載荷變化發(fā)生突變的高度，判斷此區(qū)間影響載荷突變的導(dǎo)輪層數(shù)，并對(duì)該導(dǎo)輪間隙進(jìn)行調(diào)整，直至摩擦力合格。

3.5 帶假組件測(cè)量垂直度

為了避免出現(xiàn)像舊套筒那樣在圓周度、垂直度均合格時(shí)候，帶假組件做連續(xù)偏移法不合格的情況，新套筒更換且圓周度、垂直度測(cè)量合格后，增加帶假組件測(cè)量垂直度項(xiàng)目。

測(cè)量過(guò)程：

①裝卸料機(jī)夾爪抓取假組件后，在假組件的180°和270°方向分別固定一根標(biāo)尺；

②使用經(jīng)緯儀分別測(cè)量假組件180°和270°方向的垂直度；

③分析垂直度偏差結(jié)果，兩個(gè)方向的偏差結(jié)果需±3.0mm之內(nèi)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)裝卸料燃料組件抓取套筒的更換流程和相關(guān)參數(shù)測(cè)量調(diào)整分析及實(shí)踐，形成一套邏輯高效的流程控制方法；在套筒圓周度、垂直度及導(dǎo)輪摩擦力測(cè)量方面除了傳統(tǒng)的調(diào)整控制導(dǎo)輪間隙方法外，引入了調(diào)整固定套筒上法蘭面與支撐法蘭面間隙來(lái)調(diào)整垂直度/圓周度的方法，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施證明兩種方法結(jié)合使套筒精度調(diào)整效率有較大的提高。