核電站裝卸料機(jī)套筒調(diào)試技術(shù)要點(diǎn)分析

楊依彬

（中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，湖北武漢 430223）

0 引言

裝卸料機(jī)是核電廠裝卸料系統(tǒng)中重要的燃料操作設(shè)備，橫跨在反應(yīng)堆廠房換料水池的上方，執(zhí)行堆芯裝卸料和其他相關(guān)的配合工作。燃料組件在堆芯中的間距僅有1 mm，在裝卸料期間，如果燃料組件發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或晃動(dòng)，將會引起與相鄰的燃料組件發(fā)生刮擦，造成燃料組件定位格架或燃料棒損傷，為避免發(fā)生燃料組件損傷事故，要求裝卸料機(jī)套筒必須有較高的定位精度，且能平穩(wěn)地垂直升降燃料組件。套筒的定位精度以及燃料組件能否平穩(wěn)地運(yùn)行，主要是由套筒調(diào)試質(zhì)量決定的，考慮到裝卸料機(jī)套筒調(diào)試的重要性，本文以裝卸料機(jī)套筒機(jī)械結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)并結(jié)合調(diào)試的具體情況，對裝卸料機(jī)套筒調(diào)試的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析研究。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

裝卸料機(jī)套筒由固定套筒、伸縮套筒等組成。在伸縮套筒下部連接有抓具，用于抓取燃料組件。在裝卸料期間，燃料組件可以完全縮回到固定套筒中，固定套筒為燃料組件提供了邊界保護(hù)，防止裝卸料機(jī)在移動(dòng)期間意外磕碰燃料組件。

1.1 固定套筒

固定套筒上裝有導(dǎo)向輪和燃料組件導(dǎo)向裝置，為伸縮套筒和燃料組件的上下運(yùn)動(dòng)提供導(dǎo)向。固定套筒上的導(dǎo)向輪成對布置，用螺栓固定在固定套筒上，用來調(diào)整伸縮套筒運(yùn)行的直線度以及和固定套筒的同心度。燃料組件導(dǎo)向裝置通過螺栓安裝在固定套筒的內(nèi)部，為燃料組件的兩個(gè)對角提供全程導(dǎo)向，保證燃料組件運(yùn)行的直線度和平穩(wěn)度，防止燃料組件損傷（圖1）。

圖1 固定套筒結(jié)構(gòu)

1.2 齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由內(nèi)圈、外齒圈、上下密封圈、小齒輪、注油裝置組成，齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定在小車平臺上，為固定套筒提供了旋轉(zhuǎn)支撐（圖2）。齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類似軸承，在內(nèi)圈和外齒圈之間有109個(gè)直徑30 mm的鋼球。固定套筒安裝在齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的外齒圈上，而內(nèi)圈通過螺栓固定在小車平臺上。小齒輪和外齒圈正常情況下為嚙合狀態(tài)，通過旋轉(zhuǎn)小齒輪帶動(dòng)大齒圈旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)固定套筒旋轉(zhuǎn)。

圖2 齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)物

1.3 伸縮套筒

伸縮套筒主要由懸吊頭、套筒、氣缸、抓具、抓具接近開關(guān)、導(dǎo)向軌道等組成。懸吊頭通過鋼絲繩懸掛在提升機(jī)構(gòu)上，伸縮套筒在提升機(jī)構(gòu)卷揚(yáng)機(jī)的帶動(dòng)下上下運(yùn)動(dòng)。抓具的嚙合和釋放可通過氣缸帶動(dòng)芯桿和驅(qū)動(dòng)盤上下動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。伸縮套筒的外部焊有導(dǎo)向軌道，導(dǎo)向軌道的橫截面為方形，導(dǎo)軌與固定套筒上的導(dǎo)向輪配合，用來保證伸縮套筒運(yùn)行的直線度。

2 套筒調(diào)試技術(shù)要點(diǎn)

影響套筒調(diào)試質(zhì)量的主要因素有相關(guān)機(jī)械部件安裝精度、固定套筒的垂直度、伸縮套筒與固定套筒的同心度、導(dǎo)向輪與伸縮套筒導(dǎo)軌之間的間隙、燃料組件導(dǎo)向裝置與燃料組件之間的間隙等。

2.1 安裝精度確認(rèn)

裝卸料機(jī)相關(guān)部件的安裝精度對套筒的調(diào)試影響非常大，在套筒調(diào)試之前要對影響套筒調(diào)試部件的安裝精度進(jìn)行確認(rèn)，如大小車軌道的水平度、齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝的水平度、齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與內(nèi)外套筒的同心度等，通過前期對關(guān)鍵部件安裝精度的確認(rèn)，制定合理的調(diào)試方案，節(jié)省調(diào)試時(shí)間。

2.2 固定套筒垂直度測量與調(diào)整

為保證固定套筒的垂直度，在固定套筒未安裝前，首先保證齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝的水平度，偏差要求≤0.5 mm，齒輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪機(jī)構(gòu)上表面的水平度≤0.8 mm，同時(shí)要求齒輪機(jī)構(gòu)與固定套筒的同心度≤0.4 mm。裝卸料機(jī)安裝技術(shù)規(guī)范書要求，固定套筒垂直度≤1.5 mm。一般通過鉛垂線的方法測量固定套筒的垂直度，如果垂直度不滿足要求，根據(jù)測量結(jié)果，在固定套筒法蘭下表面和支撐圈上表面之間增加墊片的方法來調(diào)整，直至垂直度滿足要求。

固定套筒調(diào)節(jié)墊片厚度的計(jì)算可簡化為相似三角形原理，固定套筒偏移中心線的距離與墊片的增減厚度成正比（圖3）。固定套筒法蘭面的半徑R＝530 mm，固定套筒的長度L＝9145 mm，則H/D=R/L，從而得出增加墊片的厚度H=0.06D，固定套筒偏離鉛垂線的距離D可在測量固定套筒垂直度時(shí)獲得。

圖3 固定套筒墊片調(diào)整幾何模型

2.3 導(dǎo)向輪間隙調(diào)整

裝卸料機(jī)固定套筒上裝有6個(gè)導(dǎo)向輪，每個(gè)導(dǎo)向輪包括2個(gè)側(cè)輪和1個(gè)頂輪（圖4）。側(cè)輪的軸為偏心軸，偏心距為2 mm，調(diào)節(jié)范圍為0～4 mm，頂輪可通過調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)與導(dǎo)軌之間的間隙，調(diào)整導(dǎo)向輪間隙的主要目的是保證伸縮套筒運(yùn)行的直線度，實(shí)際上是對齒輪機(jī)構(gòu)、固定套筒和伸縮套筒安裝誤差的一種補(bǔ)償。導(dǎo)向輪的作用是為伸縮套筒提供導(dǎo)向和定位，如果導(dǎo)向輪間隙過大，難以保證伸縮套筒運(yùn)行的直線度，反而引起伸縮套筒與導(dǎo)向輪碰撞，且無法限制伸縮套筒的轉(zhuǎn)動(dòng)與晃動(dòng)，無法保證裝卸料機(jī)的定位精度；如果導(dǎo)向輪間隙過小，可能引起伸縮套筒與導(dǎo)向輪之間卡澀，影響伸縮套筒的正常運(yùn)行。

圖4 導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)

為保證伸縮套筒的定位精度，在不發(fā)生碰撞或卡澀的前提下，盡量減小導(dǎo)向輪的間隙，導(dǎo)向輪間隙調(diào)整方法如下：①將伸縮套筒提到0位，用塞尺測量每個(gè)導(dǎo)向輪與伸縮套筒導(dǎo)軌之間的間隙，并做記錄；②將導(dǎo)向輪與伸縮套筒導(dǎo)軌的間隙調(diào)整到最大，使伸縮套筒處于自由狀態(tài)；③調(diào)整第一組導(dǎo)向輪與伸縮套筒導(dǎo)軌之間的距離，先將塞尺放在導(dǎo)向輪和伸縮套筒導(dǎo)軌之間，然后使導(dǎo)向輪貼緊塞尺，將導(dǎo)向輪固定，塞尺的厚度便是導(dǎo)向輪與導(dǎo)軌之間的間隙；④用上述方法調(diào)整剩余導(dǎo)向輪與導(dǎo)軌之間的間隙，直至所有的導(dǎo)向輪間隙調(diào)整合格。導(dǎo)向輪順序自上而下，第1、第2組導(dǎo)向輪間隙的理論值為0.5～1.2 mm，第3～第6組導(dǎo)向輪間隙的理論值為0.5～0.8 mm。

導(dǎo)向輪間隙調(diào)整之后，在空載情況下升降伸縮套筒數(shù)次，通過觀察載荷和聽聲音，初步判斷伸縮套筒的運(yùn)行情況：①伸縮套筒在運(yùn)行的過程中，載荷若有明顯變化或有撞擊聲，則表明導(dǎo)向輪不在一條直線上；②若有較大的摩擦聲，則表明導(dǎo)向輪與伸縮套筒的間隙過?。虎廴羯炜s套筒的導(dǎo)向軌上有較深的劃痕，則表明導(dǎo)向輪與伸縮套筒存在摩擦。

導(dǎo)向輪調(diào)整是一個(gè)反復(fù)的過程，需要不斷嘗試，要找到導(dǎo)向輪與伸縮套筒導(dǎo)軌之間最合理的間隙，既能保證伸縮套筒運(yùn)行的直線度，又能保證伸縮套筒與導(dǎo)向輪之間的摩擦力符合要求。

2.4 固定套筒與燃料組件的同心度調(diào)整

固定套筒與燃料組件同心度的調(diào)整可以通過兩個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，首先保證固定套筒與伸縮套筒的同心度，其次保證燃料組件的垂直度。固定套筒和伸縮套筒的同心度可通過導(dǎo)向輪調(diào)整，但在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整導(dǎo)向輪并不能完全實(shí)現(xiàn)內(nèi)外套筒的同心度。懸掛伸縮套筒的鋼絲繩一端連接在卷揚(yáng)機(jī)上，一端穿過定滑輪連接在配重塊上，現(xiàn)場可通過調(diào)整定滑輪的位置、改變伸縮套筒的吊點(diǎn)位置，來調(diào)整伸縮套筒與固定套筒的同心度。安裝手冊要求，抓爪在嚙合位置的水平度≤0.15 mm，抓爪的水平度直接決定了燃料組件的垂直度。影響抓爪水平度的主要因素有：①抓爪與伸縮套筒連接的法蘭水平度不滿足要求；②抓爪制造加工安裝存在誤差，造成4個(gè)抓爪與上管座的接觸面的水平度不滿足要求。針對上述原因制定了下列解決方案：

（1）檢查測量抓具與伸縮套筒的連接法蘭面，確認(rèn)水平度是否滿足要求，若不滿足要求，則將抓具返廠，對法蘭面進(jìn)行加工處理或更換，確保水平度在安裝要求的范圍內(nèi)?；蚋鶕?jù)測量結(jié)果，制作一套特制墊片，安裝在抓具和伸縮套筒的法蘭面之間，同時(shí)要確保墊片已采取防異物措施，不管何種工況都不會脫落。

（2）根據(jù)現(xiàn)場測量結(jié)果，對抓爪與上管座的接觸面進(jìn)行打磨處理，直至其水平度滿足安裝要求。

2.5 重復(fù)定位精度試驗(yàn)

重復(fù)定位精度試驗(yàn)是驗(yàn)證抓具同一位置重復(fù)上下運(yùn)動(dòng)，抓具的落點(diǎn)是否在同一位置。首先將扎針裝置固定在抓具的導(dǎo)向銷上，并調(diào)整扎針裝置的位置，使針尖與抓具同心（圖5）。把一張白紙固定在抓具的正下方，下降抓具4次，在紙上扎小孔，形成的小孔必須在1 mm×1 mm的正方形內(nèi)。

圖5 扎針試驗(yàn)裝置

2.6 回轉(zhuǎn)精度試驗(yàn)

套筒回轉(zhuǎn)精度試驗(yàn)是為了驗(yàn)證固定套筒與伸縮套筒的同心度，同心度是影響抓具定位的關(guān)鍵因素，會影響后續(xù)的燃料組件操作，也是對套筒調(diào)試成果的驗(yàn)證。

扎針試驗(yàn)開始前，先將扎針裝置固定在抓具的導(dǎo)向銷上，使針尖與抓具同心。把一張白紙固定在抓具的正下方，下降抓具，使伸縮套筒只有最下面的兩組導(dǎo)向輪導(dǎo)向。轉(zhuǎn)動(dòng)固定套筒，分別在0°、90°、180°、270°位置下降抓具，重復(fù)4次，形成的小孔必須在2 mm×2 mm的正方形內(nèi)。若回轉(zhuǎn)精度不滿足試驗(yàn)要求，分析扎針試驗(yàn)的結(jié)果，調(diào)整導(dǎo)向輪與導(dǎo)向軌之間的間隙，使其滿足要求。

2.7 燃料導(dǎo)向裝置調(diào)整

燃料導(dǎo)向裝置通過支撐螺桿固定在固定套筒上，主要對燃料組件起導(dǎo)向和限位作用。燃料組件進(jìn)入固定套筒時(shí)，燃料組件導(dǎo)向裝置對燃料組件進(jìn)行導(dǎo)向。當(dāng)裝卸料機(jī)移動(dòng)或停止時(shí)，燃料組件導(dǎo)向裝置能限制燃料組件的晃動(dòng)，避免燃料組件意外損傷。

通過調(diào)整支撐螺桿來調(diào)整燃料導(dǎo)向裝置與燃料組件之間的間隙，使導(dǎo)向裝置與固定套筒同心，導(dǎo)向裝置與燃料組件之間的間隙控制在1.5～3.5 mm。

3 結(jié)論

提高裝卸料機(jī)套筒調(diào)試的定位精度和伸縮套筒運(yùn)行的垂直度，對燃料操作的安全性有著極為重要的意義。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，上述方法能有效提高裝卸料機(jī)套筒的調(diào)試精度，可提高裝卸料機(jī)的運(yùn)行的可靠性，為國內(nèi)同行電廠裝卸料機(jī)套筒調(diào)試提供借鑒和參考。