壓水堆裝卸料機調(diào)試中的典型問題分析

袁 巍 李 均 葉陽春 周 洋

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

裝卸料機是反應(yīng)堆廠房停堆換料過程中的關(guān)鍵設(shè)備，用于在堆芯和轉(zhuǎn)運裝置承載器處操作和轉(zhuǎn)運燃料組件。 在裝卸料機的各項設(shè)計技術(shù)指標中，定位精度和回轉(zhuǎn)精度是最為重要的兩項與定位相關(guān)的技術(shù)參數(shù)， 直接影響設(shè)備操作燃料組件的精度和可靠性。而影響這兩項技術(shù)指標的設(shè)備結(jié)構(gòu)即為裝卸料機起升導(dǎo)向系統(tǒng)，包括固定套筒、伸縮套筒、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、塔架等部件。 回轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在小車臺架上，固定套筒上法蘭與回轉(zhuǎn)機構(gòu)相連，塔架下法蘭與固定套筒上法蘭連接，塔架上部起升機構(gòu)通過鋼絲繩連接伸縮套筒上部動滑輪， 而伸縮套筒在固定套筒內(nèi)部進行起升運動；固定套筒壁上的導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)可為伸縮套筒提供起升運動的導(dǎo)向[1，2]。

上述的幾大部件構(gòu)成了裝卸料機的起升導(dǎo)向系統(tǒng)，而該系統(tǒng)的制造、安裝、調(diào)試各環(huán)節(jié)均可能影響裝卸料機的回轉(zhuǎn)精度及伸縮套筒起升平穩(wěn)性。本文將結(jié)合實際工程的安裝調(diào)試案例，分析裝卸料機調(diào)試中的典型問題并提出相應(yīng)的解決措施。

1 裝卸料機調(diào)試中的典型問題

1.1 回轉(zhuǎn)精度調(diào)試問題

在裝卸料機的設(shè)計技術(shù)參數(shù)中，回轉(zhuǎn)精度的要求為2 mm，具體含義為把抓具降到反應(yīng)堆上部位置，把裝有針的實驗裝置固定在抓具的控制套筒上，使針尖與抓具圓柱體同心， 把抓具提升到下部慢速區(qū)位置，將一張紙放置在抓具下方 （約為燃料組件上部標高處）。 處于0°位置，抓具下降并在紙上刺孔，在90°、180°、270°上重復(fù)這種操作，在紙上得到4 個小孔，這4 個小孔須在邊長為2 mm×2 mm 正方形內(nèi)。 圖1 為廠內(nèi)回轉(zhuǎn)精度扎針試驗。

在實際工程調(diào)試過程中，回轉(zhuǎn)精度試驗存在調(diào)試數(shù)值偏差較大、調(diào)試周期長等問題。 在海南昌江一期工程、華龍一號首堆等工程的裝卸料機現(xiàn)場安裝調(diào)試階段，回轉(zhuǎn)精度的調(diào)試歷經(jīng)數(shù)周，影響整機調(diào)試工作進度。 因此在每次現(xiàn)場調(diào)試工作中，回轉(zhuǎn)精度試驗幾乎成了制約裝卸料機調(diào)試試驗的瓶頸，是裝卸料機調(diào)試中的最典型問題。

圖1 廠內(nèi)回轉(zhuǎn)精度試驗

1.2 伸縮套筒起升過程的碰撞問題

伸縮套筒依靠固定套筒完成起升運動的導(dǎo)向，如圖2 所示。 以海南項目裝卸料機為例，伸縮套筒在升降過程中需要依靠6 組導(dǎo)向輪導(dǎo)向，當(dāng)伸縮套筒處于不同標高位置時，所接觸的導(dǎo)向輪組數(shù)也不相同。 當(dāng)伸縮套筒處于最下部標高時，上部導(dǎo)軌只接觸底部的2 組導(dǎo)向輪； 而當(dāng)伸縮套筒處于帶載上部極限位置時， 其下部導(dǎo)軌與固定套筒內(nèi)的上部3 組導(dǎo)向輪接觸。 在操作燃料組件升降的過程中，導(dǎo)軌端部需要多次進出導(dǎo)向輪。

圖3 固定套筒導(dǎo)向輪截面

從圖3 可見，固定套筒的每組導(dǎo)向輪為相對方向成對安裝，在導(dǎo)軌兩個側(cè)面及徑向端面均設(shè)計有導(dǎo)向輪。 在設(shè)計文件中，要求固定套筒上的伸縮套筒導(dǎo)向輪在預(yù)裝時應(yīng)檢查6 組導(dǎo)向輪形成的在垂直方向（0～180°之間相對位置）有效間隙不小于41 mm。 然而在實際工程調(diào)試過程中，該間隙值經(jīng)常要調(diào)至2～3 mm，原因是固定套筒、塔架、伸縮套筒這一系列起升導(dǎo)向相關(guān)部件的制造、裝配均存在累計誤差，若將間隙值調(diào)整過小，則會發(fā)生伸縮套筒與固定套筒導(dǎo)向輪的碰撞，該碰撞主要發(fā)生在伸縮套筒導(dǎo)軌在運動過程中進入某組導(dǎo)向輪時。

上述的導(dǎo)軌與導(dǎo)向輪的碰撞發(fā)生往往與伸縮套筒的運動姿態(tài)傾斜相關(guān)，且與回轉(zhuǎn)精度的調(diào)整關(guān)系密切，因此需要將回轉(zhuǎn)精度調(diào)整與伸縮套筒運動姿態(tài)問題聯(lián)系起來進行分析，找出影響以上兩個問題的關(guān)鍵因素。

2 典型問題影響因素分析

本節(jié)將結(jié)合海南昌江一期工程裝卸料機在廠內(nèi)調(diào)試階段出現(xiàn)的上述典型問題，分析影響伸縮套筒運行平穩(wěn)性及回轉(zhuǎn)精度調(diào)試的主要因素。

2.1 問題描述

當(dāng)調(diào)整完回轉(zhuǎn)精度后， 發(fā)現(xiàn)裝卸料機伸縮套筒與導(dǎo)向輪發(fā)生存在碰撞的現(xiàn)象， 當(dāng)時的導(dǎo)向輪間隙已調(diào)節(jié)至最大，但碰撞現(xiàn)象仍然存在。 在檢測伸縮套筒、固定套筒鉛垂度后，又對固定套筒法蘭上、下表面平面度進行修整后尺寸復(fù)測數(shù)據(jù)，結(jié)合復(fù)測數(shù)據(jù)，分析伸縮套筒導(dǎo)軌、導(dǎo)向輪部件及固定套筒對問題的影響。

2.2 伸縮套筒導(dǎo)軌的影響因素

依據(jù)伸縮套筒導(dǎo)軌的測量數(shù)據(jù)及伸縮套筒自由懸掛狀態(tài)的鉛垂度測量數(shù)據(jù)來分析。

2.2.1 軌道直線度

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)，可見直線度滿足要求，可排除軌道直線度的影響。

表1 伸縮套筒導(dǎo)軌直線度

2.2.2 軌道對稱度

根據(jù)表2 數(shù)據(jù)， 可見測量數(shù)值滿足設(shè)計要求，可排除軌道對稱度的影響。

2.2.3 軌道懸掛自由懸掛狀態(tài)的垂直度

0°側(cè)軌道面與180°側(cè)軌道面垂直度只有在8500 mm 標高位置（接近下限位）才具備測量條件，在該位置通過現(xiàn)場調(diào)整和測量，垂直度滿足要求。

綜合以上數(shù)據(jù)分析，基本可以排除伸縮套筒導(dǎo)軌的影響因素。 那么發(fā)生碰撞的原因在于伸縮套筒的6組導(dǎo)向輪從上至下形成的導(dǎo)向通道間隙不滿足要求，導(dǎo)向輪通道存在問題。 共涉及兩個部件：導(dǎo)向輪組部件和固定套筒部件。

表2 伸縮套筒導(dǎo)軌對稱度

2.3 導(dǎo)向輪的影響因素

在廠內(nèi)調(diào)試期間， 曾對每組導(dǎo)向輪的0°和180°兩個輪子之間的間距測量。 測量示意圖如圖4 所示。

其中最小間隙的那組導(dǎo)向輪其間隙值為43.12 mm，最大間隙的那組導(dǎo)向輪其間隙值為43.43 mm， 還是大于伸縮套筒導(dǎo)軌的厚度40 mm。

綜上，基本可排除某一單個導(dǎo)向輪組部件的影響因素， 所以可認為對于固定套筒上的兩側(cè)共12 個導(dǎo)向輪組部件形成通道的間隙成為影響伸縮套筒導(dǎo)軌能否上下順暢運行的關(guān)鍵因素。導(dǎo)向輪間隙測量示意圖如圖5 所示。 兩側(cè)共12 個導(dǎo)向輪組部件形成通道的間隙不是由A+B 的值決定， 也不是由C+D 的值決定， 而是由A+D 的值與B+C 的值之間最小的那個值決定的。

圖4 測量示意圖

圖5 導(dǎo)向輪間隙測量示意圖

2.4 固定套筒的影響因素

由于單個的導(dǎo)向輪組部件均安裝在固定套筒卡箍加工面上的螺紋孔上，因此，固定套筒各層卡箍上安裝導(dǎo)向輪組的螺紋孔的相對位置直接決定了導(dǎo)向輪組形成通道的間隙。

經(jīng)過對各組導(dǎo)向輪的間隙測量后， 發(fā)現(xiàn)對于0°～180°方向從上至下4 列單排導(dǎo)向輪架安裝螺紋孔均基本在同一直線上，因此對于單獨任意一排導(dǎo)向輪而言，在固定套筒調(diào)整鉛垂后，從上之下的鉛垂通道是可以保證的，這點曾通過從上往下吊每排導(dǎo)向輪的鉛垂線測試，也基本證明了單排導(dǎo)向輪在固定套筒調(diào)整鉛垂的情況下，其上下共6 個導(dǎo)輪均調(diào)整偏心至最大狀態(tài)時，導(dǎo)輪邊緣是能保證同一鉛垂線向下的。 可見對于單排導(dǎo)向輪從上至下的鉛垂線是沒有問題的，但通過分析對稱度，發(fā)現(xiàn)問題在于4 列導(dǎo)向輪形成的有效空間是存在問題的。 表3、表4 即為兩個位置上的對稱度測量數(shù)據(jù)。

表3 固定套筒270°方向卡箍上安裝導(dǎo)向輪架的螺紋孔關(guān)于中心軸線的對稱度

表4 固定套筒90 度方向卡箍上安裝導(dǎo)向輪架的螺紋孔關(guān)于中心軸線的對稱度

數(shù)據(jù)分析如圖6 所示。

（1）經(jīng)調(diào)整固定套筒鉛垂度1 mm 內(nèi)；

（2）從圖6 得到：

270°側(cè)最小間隙為0°側(cè)導(dǎo)向輪：1.12 mm；（第6 組）；

90°側(cè)最小間隙為180°側(cè)導(dǎo)向輪：0.43 mm；（第5 組）；

（3）疊加考慮伸縮套筒直線度：

90°方向0°側(cè)軌道面直線度-0.31 mm；

270°方向0°側(cè)軌道面直線度為-0.32 mm；

90°方向180°側(cè)軌道面直線度為0.28 mm；

270°方向0°側(cè)軌道面直線度為0.30 mm；

圖6 四列導(dǎo)向輪形成的有效通道數(shù)據(jù)

（4）伸縮套筒對稱度偏差較小，暫不計影響；

（5）疊加考慮每個導(dǎo)向輪組部件自身公差：

在測量每組導(dǎo)向輪中0°和180°兩個輪子之間的間距時發(fā)現(xiàn)，該間隙均出現(xiàn)負偏差，小于理論值的44 mm，其中間隙最小的那組導(dǎo)向輪其間隙值為43.12 mm， 間隙最大的那組導(dǎo)向輪其間隙值為43.43 mm。

綜合以上疊加公差， 導(dǎo)向輪有效通道很緊張，導(dǎo)致導(dǎo)向輪間隙幾乎是不可調(diào)，所以采取諸多調(diào)試手段效果均不理想， 可見固定套筒90°側(cè)卡箍加工面與270°側(cè)卡箍加工面的方位與法蘭定位孔的正90°～270°方位存在扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致的導(dǎo)向輪通道有效間隙過小是伸縮套筒導(dǎo)軌與導(dǎo)向輪碰撞的根本原因。施工圖設(shè)計中在0°～180°方向上導(dǎo)向輪與伸縮套筒導(dǎo)軌之間可調(diào)的最大間隙為4 mm， 扭轉(zhuǎn)已導(dǎo)致導(dǎo)向輪形成的通道變窄，可調(diào)的間隙基本沒有了，因此無論采取何種調(diào)整措施， 碰撞現(xiàn)象無法靠調(diào)整導(dǎo)向輪間隙來解決。在實際工程中， 最終依靠改變導(dǎo)向輪架的安裝孔形式，并根據(jù)實際情況增大間隙解決問題。

3 回轉(zhuǎn)精度及伸縮套筒垂直方向運動調(diào)試

根據(jù)上文的因素分析并結(jié)合實際調(diào)試經(jīng)驗，裝卸料機回轉(zhuǎn)精度及伸縮套筒垂直方向運動的主要調(diào)試思路為如圖7 所示。

從目前已建工程裝卸料機的調(diào)試情況來看，若固定套筒、伸縮套筒、起升塔架的制造裝配精度得到保證，后期的調(diào)試情況會較為樂觀，按照圖7 所示的調(diào)試方法就能夠順利完成回轉(zhuǎn)及起升運行調(diào)試，否則就需要逐步按如下步驟去檢查調(diào)整：

圖7 起升運動及回轉(zhuǎn)精度的主要調(diào)試思路

圖8 進一步調(diào)試檢查步驟

4 結(jié)語

裝卸料機在安裝調(diào)試階段出現(xiàn)的典型問題包括：

（1）回轉(zhuǎn)精度調(diào)試困難，偏差較大；

（2）伸縮套筒升降過程與導(dǎo)向輪發(fā)生碰撞干涉。

結(jié)合工程實例，分析了影響伸縮套筒運行平穩(wěn)性及回轉(zhuǎn)精度調(diào)試的主要因素包括：

（1）伸縮套筒導(dǎo)軌直線度、對稱度等加工精度；

（2）導(dǎo)向輪加工精度；

（3）固定套筒導(dǎo)向輪安裝面與軸線的位置精度。

根據(jù)以上因素并結(jié)合實際調(diào)試經(jīng)驗，指出裝卸料機伸縮套筒運行及回轉(zhuǎn)精度調(diào)試的主要方法包括：

（1）測量并調(diào)整固定套筒的鉛垂度；

（2）測量并調(diào)整伸縮套筒自由懸掛姿態(tài)下的鉛垂度；

（3）調(diào)整伸縮套筒與固定套筒同軸度；

（4）調(diào)整導(dǎo)向輪間隙，調(diào)回轉(zhuǎn)精度；

（5）按照檢查鉛垂度、平衡系統(tǒng)、塔架及回轉(zhuǎn)機構(gòu)水平度的方法排查問題出處。