重水堆裝卸料機B推桿固定銷竄動故障處理

曹烽華

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

0 引言

中核運行秦山三廠2個重水堆機組共有7個裝卸料機推桿組件（編號為1#～7#）在役運行，其中5#和7#推桿組件都先發(fā)生了B推桿固定銷竄動故障，故障描述見表1。

5#推桿組件后面3次B推桿固定銷竄動故障發(fā)生在同一個服役周期內(nèi)。5#和7#推桿組件發(fā)生竄動的B推桿固定銷均位于B推桿頭無彈簧銷側(cè)，B推桿固定銷磨損情況見圖1。B推桿固定銷發(fā)生竄動后，會凸出B推桿頭外緣，在B推桿動作過程中，會與導(dǎo)向套筒和料倉管內(nèi)壁發(fā)生摩擦，可能會造成以下影響。

（1）B推桿驅(qū)動失效，造成換料過程中斷和換料計劃調(diào)整。

（2）B推桿固定銷磨損的鐵屑會進入主系統(tǒng)，導(dǎo)致燃料棒束破損。

可以看出B推桿固定銷竄動帶來的后果是嚴重的，因此分析B推桿固定銷竄動故障的原因，采取應(yīng)對措施是十分必要的。

表1 推桿組件B推桿固定銷竄動故障統(tǒng)計

1 裝卸料機推桿組件的結(jié)構(gòu)及功能

CANDU-6重水堆核電站的一大優(yōu)點是不停堆換料，而裝卸料機就是專門用于實現(xiàn)這一特點的。推桿組件（圖2）是裝卸料機的重要組成部分，它位于裝卸料機的后部，通過10英寸抱卡直接與料倉的后端部相連。推桿組件主要有6根同心不銹鋼管組成，從里到外依次為1#管、2#管、3#管、C推桿管、L推桿管和B推桿管，外加一個推桿組件腔體。推桿組件可以完成功能：①安裝和卸出燃料通道的密封塞和屏蔽塞。②運行操作管嘴塞和導(dǎo)向套筒。③從上游把新燃料棒束推進燃料通道；從下游克服燃料通道兩端壓差，把燃料串推回到燃料通道里，其中包括使用FARE（流量助推延伸工具）工具。

圖1 B推桿固定銷磨損照片

圖2 裝卸料機推桿組件

在B，L，C推桿的端部各安裝一個推桿頭。它們互相配合，實現(xiàn)上述功能。推桿頭主要由B推桿頭、L推桿頭、C推桿頭和偏轉(zhuǎn)桿等4部分組成（圖3）。B，L，C推桿頭通過螺紋連接，分別安裝在各自推桿管的頂端，然后通過彈簧銷或者鎖緊裝置進行防松定位。在L推桿頭和C推桿頭之間又有1個推力環(huán)。推力環(huán)通過兩個B推桿固定銷與B推桿頭固定在一起。L推桿管的表面沿著軸向方向被切削掉兩塊，以容納這兩個B推桿固定銷。L推桿在沿著B推桿、C推桿往復(fù)運動時，前后移動的范圍不能超過所切削面的軸向長度。推力環(huán)的主要功能是把B推桿的推力傳遞給偏轉(zhuǎn)桿，使偏轉(zhuǎn)桿沿著C推桿頭的內(nèi)徑孔軸向運動一定的距離。當(dāng)偏轉(zhuǎn)桿位于C推桿頭的最前端時，偏轉(zhuǎn)桿端頭高出C推桿頭內(nèi)部端面大約0.864 cm。這一距離主要為操作運行燃料通道密封塞的密封盤和管嘴塞密封圈的施壓機構(gòu)。

B，L，C推桿頭上都有若干個鎖緊鋼珠，而且都處于同一徑面。L推桿頭可以與B，C推桿頭軸向輪廓面相配合，使B推桿和C推桿可以去操縱不同的裝卸料工具，完成裝卸料的各個功能。

2 B推桿固定銷竄動故障原因分析

2.1 B推桿固定銷受力狀況分析

如圖3所示，B推桿固定銷的兩端是固定在B推桿頭上，中間與推力環(huán)的半圓型槽配合。B推桿通過固定銷帶動推力環(huán)和偏轉(zhuǎn)桿，從而帶動C推桿一起前進；在C推桿完全回撤時，則起到類似機械擋塊的作用。

圖3 推桿頭結(jié)構(gòu)

在拆裝通道塞子和工具的操作中，B推桿通過推力環(huán)推動偏轉(zhuǎn)桿，克服通道塞子和工具的施壓機構(gòu)時，施壓機構(gòu)通過偏轉(zhuǎn)桿對固定銷有一定的反向作用力。C推桿完全回撤時，會帶著偏轉(zhuǎn)桿碰到推力環(huán)前端，該過程中偏轉(zhuǎn)桿的底座與推力環(huán)存在撞擊的作用力，C推桿每次完全回撤都對B推桿固定銷有一定的正向作用力。為了防止上述的兩種力使B推桿固定銷發(fā)生圓周竄動和軸向移位，在B推桿固定銷上又設(shè)計了一個帶彈簧的鎖緊銷。鎖緊鎖是受一定的偏轉(zhuǎn)力，在沒有其他外力作用的情況下，鎖緊銷的彈簧是可以保持鎖緊銷是完全頂起的，但如果固定銷受到偏轉(zhuǎn)力異常增大，長期下來，鎖緊銷的彈簧就可能慢慢被壓下，最終使固定銷發(fā)生竄動或移位。

2.2 故障原因分析

2.2.1 B推桿固定銷與L推桿管方槽摩擦

設(shè)計上L推桿管的方槽與B推桿固定銷是不接觸的，兩者之間的理論間距是2.64 mm。從圖3推桿頭的結(jié)構(gòu)圖可以看出，只有L推桿管方槽與B推桿固定銷存在發(fā)生摩擦的可能性。如果B推桿固定銷與L推桿管方槽摩擦，在L推桿前進或回撤的動作過程中，L推桿管方槽與固定銷的摩擦力，轉(zhuǎn)變成扭轉(zhuǎn)力作用到固定銷上，使鎖緊銷受到的偏轉(zhuǎn)力增大。在L推桿往復(fù)運動的過程中反復(fù)摩擦，對B推桿固定銷上的鎖緊銷產(chǎn)生側(cè)向扭轉(zhuǎn)力。當(dāng)鎖緊銷完全被壓下后，對固定銷就失去鎖定作用，最終固定銷會發(fā)生竄動。

在5#和7#推桿組件解體檢修中，發(fā)現(xiàn)2個推桿組件的B推桿固定銷與L推桿管方槽確實存在異常摩擦（圖4）。而在其他推桿組件檢查中，都發(fā)現(xiàn)B推桿固定銷與L推桿管方槽表面有不同程度的磨損。能夠造成B推桿固定銷與L推桿管方槽摩擦的原因如下。

（1）B推桿管和L推桿管有相對轉(zhuǎn)動。B推桿管和L推桿管之間有相對轉(zhuǎn)動，會使B推桿固定銷與L推桿方槽發(fā)生摩擦。B推桿頭內(nèi)壁和L推桿頭表面的壓痕如圖5所示。B推桿頭內(nèi)壁的壓痕是L推桿頭鋼珠擠壓造成的，而L推桿頭表面的壓痕是B推桿頭鋼珠擠壓造成的。如果B推桿管和L推桿管之間沒有轉(zhuǎn)動，那么B推桿頭內(nèi)壁和L推桿頭表面的壓痕應(yīng)該是單一的，圖5中B推桿頭內(nèi)壁和L推桿頭表面的壓痕有3條之多，這說明B推桿管和L推桿管在推桿動作過程中存在相對轉(zhuǎn)動。

分析得出B推桿管和L推桿管的相對轉(zhuǎn)動是由于C推桿頭表面缺陷造成的。測量5#和7#推桿組件C推桿頭分離環(huán)直徑均偏小，其中5#推桿組件C推桿頭分離環(huán)直徑比圖紙要求尺寸小了0.5 mm（測量值60.26 mm，設(shè)計值60.76 mm），這是C推桿頭分離環(huán)受到異常擠壓導(dǎo)致的。圖6中，C推桿頭分離環(huán)表面和后倒角處有很多擠壓痕跡。C推桿表面的壓痕來自于L推桿頭鋼珠的擠壓，主要是L推桿與C推桿動作不同步造成的。由于C推桿是重水驅(qū)動，回撤不平穩(wěn)且速度較快，當(dāng)L推桿沒有回撤到零位時，C推桿已經(jīng)完全回撤但并沒有到達零位，此時C推桿頭的分離環(huán)撞到L推桿頭的鋼珠。C推桿頭分離環(huán)后倒角在長期擠壓到一定程度后，L推桿頭鋼珠會強行擠到C推桿頭分離環(huán)外壁和B推桿頭內(nèi)壁之間，造成更嚴重的擠壓，造成L推桿驅(qū)動反饋失效。B推桿頭和L推桿頭之間的擠壓力，會造成B、L推桿管之間發(fā)生轉(zhuǎn)動。C推桿與L推桿在回撤中不同步，C推桿回撤較快，L推桿滯后是所有推桿的共性問題，無法消除。在其他推桿組件的解體檢查中，發(fā)現(xiàn)C推桿頭的分離環(huán)均受到不到程度的擠壓。

圖4 B推桿固定銷和L推桿管方槽摩擦痕跡

（2）L推桿管方槽深度過淺。L推桿管方槽的深度就是方槽到L推桿管外壁的最大距離。方槽深度過淺，會導(dǎo)致B推桿固定銷與L推桿管方槽間距減小，增大兩者間摩擦的可能性。

5#和7#推桿組件L推桿管方槽深度測量結(jié)果見表2。方槽深度均偏淺，接近下限，其中5#推桿組件L推桿管無銷側(cè)方槽深度比要求值小了0.03 mm。2個推桿組件L推桿管都是無銷側(cè)方槽淺，當(dāng)B推桿管和L推桿管出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動時，無銷側(cè)的方槽壁會首先與固定銷摩擦，這也解釋了5#和7#推桿組件為什么總是無銷側(cè)的固定銷竄動而有銷側(cè)的固定銷未竄動。檢查其他推桿組件L推桿管方槽深度，發(fā)現(xiàn)L推桿管方槽深度都偏淺，接近下限，結(jié)果見表3。

（3）B推桿頭相對B推桿管發(fā)生轉(zhuǎn)動。雖然B推桿頭與B推桿管在螺紋連接的根部裝有彈簧銷來防止B推桿頭松動，但實際上B推桿頭相對于B推桿管圓周方向仍可以有約10 mm弧長的轉(zhuǎn)動裕量。這足以讓B推桿頭帶著B推桿固定銷竄動并與L推桿管方槽摩擦。但是推桿組件實際檢修中，沒有發(fā)現(xiàn)過B推桿頭有松動的現(xiàn)象，基本可以排除該原因。

圖5 B推桿頭內(nèi)壁和L推桿頭表面的壓痕

圖6 C推桿頭分離環(huán)表面壓痕

表2 5#和7#推桿組件L推桿管方槽深度測量結(jié)果

表3 其他推桿組件L推桿管方槽深度測量結(jié)果

（4）B推桿頭墊片不合適。在推桿組件維修手冊98-35214-MM-001中的14.4.1里，對B推桿頭墊片的調(diào)整有明確規(guī)定，目的就是通過調(diào)節(jié)B推桿頭墊片的厚度來確保B推桿頭安裝后，B推桿固定銷與L推桿方槽是盡可能平行、無摩擦接觸的。如果B推桿頭墊片的厚度不對，會使兩側(cè)B推桿固定銷與L推桿管方槽的間距不一樣，有一側(cè)固定銷的距離會過小。推桿動作過程中，B推桿管與L推桿管之間的相對轉(zhuǎn)動就會導(dǎo)致間距小的那側(cè)固定銷與L推桿管方槽首先摩擦。

B推桿頭墊片與B推桿頭是相互匹配的，只有更換B推桿頭時才涉及到墊片調(diào)整。在發(fā)生B推桿頭固定銷竄動故障前，所有推桿組件均未更換過B推桿頭，同時在5#和7#推桿組件解體檢查中，對B推桿頭墊片進行了驗證，墊片是合適的。鑒于以上2個原因，可以排除B推桿頭墊片的原因。

2.2.2 鎖緊銷問題

（1）鎖緊銷沒有頂起。固定銷安裝后鎖緊銷沒有頂起，固定銷失去鎖定。推桿動作過程中，固定銷在推力環(huán)和偏轉(zhuǎn)桿的作用下，必然會發(fā)生竄動。

在5#推桿組件首次出現(xiàn)B推桿固定銷轉(zhuǎn)動故障后，分析原因是固定銷上的鎖緊銷沒有被彈簧完全頂起，為此制作了鎖緊銷專用檢查工具進行檢查確認，并在維修規(guī)程中增加了固定銷安裝后鎖緊銷的獨立驗證步驟，但第二個運行周期內(nèi)仍出現(xiàn)3次固定銷轉(zhuǎn)動故障，因此可排除固定銷安裝的人為失誤因素。

（2）鎖緊銷配合間隙過大。如果鎖緊銷頭部與B推桿頭鎖孔的配合間隙或者鎖緊銷底部與固定銷上的安裝孔配合間隙過大，都會使固定銷產(chǎn)生輕微竄動，增大鎖緊銷與鎖孔側(cè)壁的摩擦力，造成鎖緊銷彈簧回縮，固定銷發(fā)生竄動。但通過實際測量，固定銷和鎖緊銷相關(guān)尺寸滿足要求，5#推桿組件的測量數(shù)據(jù)見表4。

通過上述原因分析，可以看出B推桿固定銷與L推桿管方槽的摩擦，改變了B推桿固定銷的受力狀況，使B推桿固定銷的鎖緊銷受力壓縮，最終導(dǎo)致B推桿固定銷竄動。L推桿管方槽過淺和C推桿頭缺陷共同作用，造成5#和7#推桿組件B推桿固定銷竄動故障。

表4 5#推桿組件B推桿固定銷及鎖緊銷尺寸測量結(jié)果

3 應(yīng)對措施

針對B推桿固定銷竄動故障原因，同時為了防止其他推桿組件出現(xiàn)類似故障，制定了相應(yīng)的措施。

（1）對所有推桿組件L推桿管方槽深度進行確認，打磨不滿足要求的L推桿管方槽。打磨原則是深度往尺寸上限靠，盡可能增大B推桿固定銷與L推桿管方槽的間距。

（2）檢查所有推桿組件的C推桿頭，對C推桿頭分離環(huán)表面壓痕進行處理，壓痕嚴重?zé)o法處理的則更換。

4 故障處理

在5#和7#推桿組件B推桿固定銷竄動故障處理中，通過打磨L推桿管方槽增加了L推桿管方槽與B推桿固定銷間距；通過更換C推桿頭，消除了B，L推桿管之間的轉(zhuǎn)動，解決了B推桿固定銷與L推桿管方槽摩擦引起的竄動故障。

對其他推桿組件C推桿頭根據(jù)實際情況進行處理和更換；對L推桿管方槽進行了打磨，結(jié)果見表5。

表5 推桿組件L推桿管方槽處理結(jié)果

5 結(jié)論

目前5#推桿組件已正常運行2個周期（1.2 a/周期），7#推桿組件正常運行1個周期，都沒有再發(fā)生B推桿固定銷竄動故障，其他推桿組件也運行正常。在后續(xù)5個推桿組件解體檢修中，檢查B推桿固定銷和L推桿管方槽，均未發(fā)現(xiàn)摩擦痕跡，說明兩者在推桿組件運行過程中未發(fā)生摩擦，應(yīng)對措施是有效的，B推桿固定銷竄動的隱患已根本消除。