壓水堆核電廠控制棒驅(qū)動(dòng)軸脫扣工具故障分析及處理

摘 要：控制棒驅(qū)動(dòng)軸脫扣工具是壓水堆核電廠實(shí)現(xiàn)控制棒驅(qū)動(dòng)軸與控制棒之間脫扣、聯(lián)扣及聯(lián)扣后控制棒摩擦力試驗(yàn)的重要專屬工具，其可靠性直接影響核電廠控制棒驅(qū)動(dòng)軸脫聯(lián)扣工作的質(zhì)量和換料大修主線工期，對保障核電廠的核安全和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義?，F(xiàn)對某核電廠控制棒驅(qū)動(dòng)軸脫扣期間脫扣工具出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的處理措施。

關(guān)鍵詞：控制棒驅(qū)動(dòng)軸;脫扣工具;故障分析;處理

0? ? 引言

控制棒驅(qū)動(dòng)軸脫扣工具（以下簡稱“工具”）是壓水堆核電廠反應(yīng)堆檢修領(lǐng)域最重要的專用工具之一，是換料大修期間實(shí)現(xiàn)控制棒與驅(qū)動(dòng)軸脫扣、聯(lián)扣和控制棒摩擦力試驗(yàn)的專屬工具[1]。

在換料大修期間，驅(qū)動(dòng)軸的脫扣、聯(lián)扣及摩擦力試驗(yàn)工作均處在大修關(guān)鍵路徑上，順利實(shí)施這些工作能為電廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性提供良好保障[2]。

某核電廠在執(zhí)行驅(qū)動(dòng)軸脫扣工作時(shí)，出現(xiàn)了工具卡澀和無法嚙合驅(qū)動(dòng)軸的故障。通過對故障機(jī)理的全面分析，及時(shí)有效地采取措施消除了故障，保障了電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

1? ? 故障現(xiàn)象

某核電廠驅(qū)動(dòng)軸脫扣工作期間，工具在執(zhí)行第1、2組驅(qū)動(dòng)軸脫扣時(shí)一切正常，但在執(zhí)行第3、4、5組驅(qū)動(dòng)軸脫扣時(shí)，工具在就位至驅(qū)動(dòng)軸上后，上部鎖緊套筒向下動(dòng)作時(shí)出現(xiàn)卡澀并且無法下降到位，導(dǎo)致無法驅(qū)動(dòng)大鉤爪嚙合驅(qū)動(dòng)軸;在多次嘗試嚙合失敗后，將工具從換料水池吊至135平臺，對其進(jìn)行檢查、清理和動(dòng)作試驗(yàn)，空載驗(yàn)證功能正常后，將其吊入換料水池繼續(xù)執(zhí)行脫扣工作;在執(zhí)行第14組驅(qū)動(dòng)軸脫扣時(shí)，工具就位至驅(qū)動(dòng)軸上后，又出現(xiàn)無法嚙合驅(qū)動(dòng)軸的故障，并且上部鎖緊套筒在下降過程中仍然存在動(dòng)作卡澀現(xiàn)象。在多次嘗試嚙合失敗后，再次將工具吊至135平臺進(jìn)行檢查和修復(fù)。

工具的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。

2? ? 故障原因分析

通過對工具結(jié)構(gòu)及工作原理的分析，并查閱相關(guān)圖紙資料，結(jié)合同行電廠經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為故障發(fā)生的可能原因有如下幾個(gè)方面：

2.1? ? 工具與驅(qū)動(dòng)軸不對中

由于工具缺乏準(zhǔn)確的坐標(biāo)進(jìn)行定位，工具與驅(qū)動(dòng)軸之間只能通過操作人員的目視來判斷對中與否，可能存在對中不準(zhǔn)確的情況，造成工具就位至驅(qū)動(dòng)軸上進(jìn)行操作的過程中，工具或驅(qū)動(dòng)軸發(fā)生彈性變形或歪斜，進(jìn)而出現(xiàn)工具鉤爪無法嚙合驅(qū)動(dòng)軸的故障。

根據(jù)工具的設(shè)計(jì)，其前端的喇叭口結(jié)構(gòu)及導(dǎo)向段可用于對中時(shí)的導(dǎo)向，使其順利就位至驅(qū)動(dòng)軸上，并確保驅(qū)動(dòng)軸與工具的相對同心。根據(jù)同行經(jīng)驗(yàn)，目視對中完全能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)軸的聯(lián)扣工作;現(xiàn)場操作人員也反復(fù)調(diào)整定位，確保了工具與驅(qū)動(dòng)軸較為精準(zhǔn)地對中。

2.2? ? 異物及硼結(jié)晶

換料水池為核電廠1級防異物區(qū)，防異物控制十分嚴(yán)格，但不能排除在工具存放期間以及工具在換料水池的硼水內(nèi)浸泡期間，有微小異物進(jìn)入到工具內(nèi)部間隙較小的運(yùn)動(dòng)配合面，或在此類配合面間形成硼結(jié)晶，造成工具卡澀和無法嚙合驅(qū)動(dòng)軸。

在第一次出現(xiàn)故障后，對工具進(jìn)行了檢查清理，清理后的工具順利完成11組驅(qū)動(dòng)軸的脫扣，說明其內(nèi)部不存在造成卡澀的異物或硼結(jié)晶。在第二次故障發(fā)生后，對工具進(jìn)行了空載試驗(yàn)，試驗(yàn)證明在不嚙合驅(qū)動(dòng)軸的情況下，上部鎖緊套筒雖然存在一定的卡澀，但大鉤爪仍然能夠嚙合。

2.3? ? 上部鎖緊套筒變形

工具上部鎖緊套筒的內(nèi)徑為137.30 mm，上部內(nèi)套筒的外徑為136.17 mm，兩者之間的單邊間隙為0.565 mm。如果上部鎖緊套筒在操作期間發(fā)生一定的變形，可能造成上部鎖緊套筒在向下動(dòng)作嚙合大鉤爪的過程中出現(xiàn)卡澀故障。

通過對上部鎖緊套筒外表面的檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯變形和凹坑;對其外徑進(jìn)行了測量，測得尺寸161.5～162.2 mm，與圖紙要求的161.9 mm偏差在0.4 mm以內(nèi)，小于上部鎖緊套筒和上部內(nèi)套筒的間隙值0.565 mm。又對上部鎖緊套筒的內(nèi)表面及上部內(nèi)套筒外表面可見區(qū)域仔細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)可見的磨損痕跡。對上部鎖緊套筒和上部內(nèi)套筒的接觸面噴涂了WD-40潤滑劑進(jìn)行潤滑，發(fā)現(xiàn)卡澀現(xiàn)象基本消除，但大鉤爪仍然無法嚙合。

2.4? ? 大鉤爪損壞

當(dāng)大鉤爪的爪頭存在變形或損壞，會(huì)造成大鉤爪無法與驅(qū)動(dòng)軸嚙合;當(dāng)大鉤爪的外表面出現(xiàn)損傷、凸起或金屬積瘤，或大鉤爪頭部無法自由向內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)與下部鎖緊套筒內(nèi)表面相干涉，造成下部鎖緊套筒無法驅(qū)動(dòng)大鉤爪。經(jīng)過檢查，未發(fā)現(xiàn)大鉤爪的爪頭或外表面存在變形、損壞，也沒有凸起或金屬積瘤;空載動(dòng)作時(shí)，下部鎖緊套筒能夠順利驅(qū)動(dòng)大鉤爪嚙合。

2.5? ? 小套筒與驅(qū)動(dòng)軸干涉

在工具向下就位至驅(qū)動(dòng)軸上時(shí)，小套筒會(huì)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)軸頭部。如果小套筒出現(xiàn)變形、錯(cuò)位、損壞等缺陷，使得小套筒無法進(jìn)入驅(qū)動(dòng)軸，便會(huì)造成脫扣工具無法落座到位，進(jìn)而出現(xiàn)下部鎖緊套筒無法驅(qū)動(dòng)大鉤爪嚙合驅(qū)動(dòng)軸的故障。但經(jīng)現(xiàn)場檢查，小套筒結(jié)構(gòu)位置正常，未發(fā)現(xiàn)變形、錯(cuò)位、損壞等缺陷，不會(huì)影響小套筒進(jìn)入驅(qū)動(dòng)軸頭部。

2.6? ? 小鉤爪全開不到位

在工具就位至驅(qū)動(dòng)軸的過程中，小鉤爪應(yīng)處于完全張開的狀態(tài)，以保證驅(qū)動(dòng)軸芯桿頭部的脫扣鈕能從小鉤爪下方向上運(yùn)動(dòng)13～14 mm，從而確保脫扣鈕下部的溝槽能夠與小鉤爪完全嚙合，以便能夠提升驅(qū)動(dòng)軸芯桿。

但在工具就位過程中，如果小鉤爪沒有處于全開位置，則小鉤爪的下端面極有可能頂住驅(qū)動(dòng)軸芯桿脫扣鈕的上端面。此時(shí)，大鉤爪的爪齒頂在了驅(qū)動(dòng)軸上部凸出的表面上，下部鎖緊套筒無法驅(qū)動(dòng)大鉤爪與驅(qū)動(dòng)軸嚙合，進(jìn)而造成工具無法嚙合驅(qū)動(dòng)軸的故障。現(xiàn)場從工具底部向上觀察小鉤爪，發(fā)現(xiàn)小鉤爪確實(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)，未完全固定在全開位置。

小鉤爪的打開和嚙合是受工具芯桿的提升鈕所驅(qū)動(dòng)。當(dāng)芯桿處于下極限位置時(shí)，提升鈕應(yīng)當(dāng)頂住小鉤爪，驅(qū)使其處于全開位置。如果此時(shí)提升鈕無法頂住小鉤爪，則小鉤爪可能無法完全打開。

經(jīng)查閱工具圖紙和運(yùn)行維護(hù)手冊，工具芯桿提升鈕下表面與喇叭口下端面的距離應(yīng)為265.40 mm[4]?，F(xiàn)場對該數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，實(shí)測值為268.10 mm，比圖紙規(guī)定值大了2.70 mm。

2.7? ? 故障原因認(rèn)定

根據(jù)以上分析及現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，可以判定：

（1）工具與驅(qū)動(dòng)軸不對中、異物和硼結(jié)晶、大鉤爪損壞、小套筒干涉等均不是造成此次故障的原因;

（2）上部鎖緊套筒與上部內(nèi)套筒之間的潤滑不良造成了上部鎖緊套筒上下動(dòng)作卡澀;

（3）工具芯桿提升鈕下表面與工具喇叭口下端面的相對尺寸大于圖紙規(guī)定值2.70 mm，導(dǎo)致小鉤爪不能固定在全開位置，是工具無法嚙合驅(qū)動(dòng)軸的原因。

3? ? 故障處理

針對此次工具出現(xiàn)的故障，可采取以下方式進(jìn)行處理：

（1）針對上部鎖緊套筒與上部內(nèi)套筒之間潤滑不足導(dǎo)致卡澀的故障，使用WD-40潤滑劑對兩者的配合面進(jìn)行噴涂，并上下動(dòng)作上部鎖緊套筒，使WD-40潤滑劑能夠較為均勻、充分地分布在結(jié)合面上，形成了良好的潤滑層，有效消除了卡澀故障。

（2）針對工具無法嚙合驅(qū)動(dòng)軸的故障，使用開口扳手調(diào)節(jié)上部鎖緊螺母、防松螺母、下部鎖緊螺母，使提升鈕緩慢向下動(dòng)作，直至其下端面與喇叭口下端面的間距達(dá)到265.40 mm，如圖2所示。經(jīng)試驗(yàn)合格后，將工具吊入換料水池進(jìn)行實(shí)際操作驗(yàn)證，最終確認(rèn)缺陷成功消除。

4? ? 結(jié)論

通過對某核電廠工具出現(xiàn)的故障進(jìn)行全面分析，并經(jīng)現(xiàn)場處理和驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：

（1）工具常見的故障主要包括上部鎖緊套筒和上部內(nèi)套筒之間潤滑不良導(dǎo)致上部鎖緊套筒動(dòng)作過程中出現(xiàn)卡澀故障，以及提升鈕下表面與喇叭口下端面的距離過大造成小鉤爪在全開位置時(shí)的張開度得不到保證，導(dǎo)致小鉤爪頂住驅(qū)動(dòng)軸芯桿脫扣鈕使工具無法嚙合驅(qū)動(dòng)軸的故障等。

（2）通過在上部鎖緊套筒與上部內(nèi)套筒之間增加潤滑以及調(diào)節(jié)提升鈕下表面與喇叭口下端面的距離至圖紙規(guī)定值，可以有效消除上部鎖緊套筒向下動(dòng)作過程中出現(xiàn)的卡澀故障和提升鈕下表面與喇叭口下端面距離過大造成工具無法嚙合驅(qū)動(dòng)軸的故障。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 顧軍.AP1000核電廠系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2010.

[2] 中國核工業(yè)集團(tuán)公司人力資源部，中國核能電力股份有限公司.核反應(yīng)堆核級設(shè)備檢修工[M].北京：原子能出版社，2014.

[3] 西屋電氣有限公司.控制棒驅(qū)動(dòng)軸脫扣工具圖冊[Z]，2017.

[4] 西屋電氣有限公司.控制棒驅(qū)動(dòng)軸脫扣工具運(yùn)行維護(hù)手冊[Z]，2017.

收稿日期：2020-04-09

作者簡介：葉榮山（1987—），男，浙江安吉人，工程師，研究方向：核電廠反應(yīng)堆維修。