核電廠重要廠用水泵聯(lián)軸器拆裝工具研究

耿加森

（三門核電有限公司，浙江臺(tái)州 317112）

1 廠用水泵聯(lián)軸器拆裝難點(diǎn)

AP1000 核電單堆機(jī)組設(shè)置有4 臺(tái)廠用水泵[1]，均為立式液下長軸泵，在無需拆卸電機(jī)的情況下，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封的更換，很大程度上減少了設(shè)備的不可用時(shí)間。此類型液下長軸泵機(jī)械密封更換過程主要為拆卸聯(lián)軸器中間節(jié)、拆卸泵側(cè)聯(lián)軸器、取出舊機(jī)械密封、回裝新機(jī)械密封、回裝泵側(cè)聯(lián)軸器、回裝聯(lián)軸器中間節(jié)等，整個(gè)機(jī)械密封更換的難點(diǎn)在于聯(lián)軸器的拆裝（圖1）。

圖1 廠用水泵電機(jī)支架

聯(lián)軸器難拆裝的原因?yàn)椋孩俨僮骺臻g狹小，聯(lián)軸器位于電機(jī)支架內(nèi)部，空間狹小，檢修人員在搬運(yùn)重量113 kg 的中間節(jié)時(shí)無法站立，容易重心不穩(wěn)導(dǎo)致傷人和設(shè)備損壞；②聯(lián)軸器重量大，泵側(cè)聯(lián)軸器重75 kg，聯(lián)軸器中間節(jié)重量113 kg，因場(chǎng)地因素限制無法使用吊裝工具，需人工進(jìn)行拆裝；③徑向間隙狹小，泵側(cè)聯(lián)軸器與軸配合面較長，徑向間隙小，2 名檢修人員配合時(shí)由于受力不均易造成聯(lián)軸器傾斜，導(dǎo)致搬運(yùn)時(shí)卡澀；④軸向距離小，電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器與泵側(cè)聯(lián)軸器的軸向距離有限，人員在狹小的空間內(nèi)很難將中間節(jié)水平放入兩聯(lián)軸器之間，長時(shí)間的人工操作導(dǎo)致人員疲勞，容易出現(xiàn)人員及設(shè)備的損傷現(xiàn)象。

目前AP1000 堆型機(jī)組，并未開發(fā)相應(yīng)的工具來實(shí)現(xiàn)聯(lián)軸器的快速拆裝，導(dǎo)致整個(gè)檢修時(shí)間較長且風(fēng)險(xiǎn)較高，因此亟需一種可實(shí)現(xiàn)狹小空間內(nèi)快速拆裝廠用水泵聯(lián)軸器及中間節(jié)的專用工具。

2 方案分析

根據(jù)以上分析，確認(rèn)此快速拆裝工具需要達(dá)到以下目標(biāo)：①取代人力搬運(yùn)聯(lián)軸器中間節(jié)及泵側(cè)聯(lián)軸器，模擬聯(lián)軸器垂直上升及水平移動(dòng)的關(guān)鍵動(dòng)作；②能提高拆裝效率，盡量縮短拆裝時(shí)間，減少重要設(shè)備不可用時(shí)間；③工具的整體重量不得過大，滿足單人搬運(yùn)需求；④工具的安裝不得破壞廠用水泵的任何本體結(jié)構(gòu)；⑤整個(gè)裝置的剛度滿足要求。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 總體方案確認(rèn)

為實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，此裝置主要設(shè)計(jì)有以下4 部分：①支撐掛點(diǎn)及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，主要功能是將整個(gè)裝置掛置在電機(jī)支架的吊裝孔中，可避免破壞廠用水泵本體結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的功能；②豎直提升組件，主要功能是采用梯形絲杠和輔助結(jié)構(gòu)來模擬檢修人員豎直提升聯(lián)軸器的功能；③水平旋轉(zhuǎn)組件，主要功能是采用銷軸和水平臂配合的機(jī)構(gòu)模擬檢修人員旋轉(zhuǎn)搬運(yùn)聯(lián)軸器的功能[2]；④夾具組件設(shè)計(jì)，主要功能是有效抱緊聯(lián)軸器。

根據(jù)以上分析，確定整個(gè)聯(lián)軸器拆裝工具如圖2 所示。

圖2 聯(lián)軸器拆裝總體結(jié)構(gòu)方案

3.2 支撐掛點(diǎn)及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

支撐掛點(diǎn)是該裝置與泵體結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)，通過支撐掛點(diǎn)將兩者結(jié)合，將所有提升、旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力通過此支撐掛點(diǎn)轉(zhuǎn)移到泵安裝基礎(chǔ)上，結(jié)合泵的結(jié)構(gòu)，可借用電機(jī)支架的吊裝孔來實(shí)現(xiàn)此功能，同時(shí)也可避免破壞泵的結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)方便調(diào)整裝置與泵軸的平行度，為后續(xù)豎直提升聯(lián)軸器提供基礎(chǔ)，支撐掛點(diǎn)與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有經(jīng)過熱處理的光軸進(jìn)行連接（圖3）。

圖3 支撐掛點(diǎn)及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

3.3 豎直提升組件設(shè)計(jì)

日常檢修常用的提升工具主要是螺旋千斤頂、液壓千斤頂、頂絲螺栓、絲杠、葫蘆等，由于現(xiàn)場(chǎng)空間受限，優(yōu)先采用絲杠、頂絲等結(jié)構(gòu)，結(jié)合支撐掛點(diǎn)結(jié)構(gòu)，選用絲杠提升的原理來實(shí)現(xiàn)豎直提升。豎直提升組件主要包括固定搖臂、提升搖臂、平面推力軸承、絲杠、絲杠螺母、無油潤滑軸承等，豎直提升組件依靠支撐掛點(diǎn)結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的豎直移動(dòng)，可避免人員在狹小的電機(jī)支架內(nèi)部搬運(yùn)聯(lián)軸器（圖4）。

圖4 豎直提升組件

上部搖臂通過推力軸承和光軸夾具固定，使其只具有旋轉(zhuǎn)自由度，同時(shí)上部搖臂上安裝有兩列推力軸承、無油潤滑軸承、絲杠、間隔環(huán)、鎖緊螺母等部件，通過鎖緊緊固螺母，使絲杠具備旋轉(zhuǎn)的自由度。提升搖臂安裝在兩個(gè)光軸之間，提升搖臂上安裝有梯形螺母、無油潤滑軸承等部件，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)梯形螺母上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)提升搖臂的豎直移動(dòng)。

3.4 水平旋轉(zhuǎn)及夾具組件設(shè)計(jì)

水平旋轉(zhuǎn)組件安裝在提升搖臂上，通過銷軸和兩節(jié)水平搖臂進(jìn)行連接，可實(shí)現(xiàn)整套工具的水平旋轉(zhuǎn)功能。夾具組件可實(shí)現(xiàn)抱緊聯(lián)軸器的功能，同時(shí)設(shè)置有防掉落工具。每個(gè)繞軸旋轉(zhuǎn)的部位都安裝有無油潤滑軸承，保證配合間隙小的同時(shí)，也可輕松旋轉(zhuǎn)水平旋轉(zhuǎn)及夾具組件（圖5）。

圖5 水平旋轉(zhuǎn)及夾具組件

3.5 整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

由于各個(gè)搖臂處鏈接部分因力臂的增加而遞增，所以當(dāng)該裝置抓住聯(lián)軸器中間節(jié)且完全伸直時(shí)，第1 節(jié)搖臂的鏈接部位承受的扭矩是最大的，最后一節(jié)搖臂夾具的位移變形量是最大的，只要這兩處強(qiáng)度及位移變形量滿足要求，則可認(rèn)為其他部位也滿足要求，因此對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行簡化處理，利用有限元分析工具SOLIDWORKS Simulation 進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)安全及形變量分析。

已知中間節(jié)的重量約為120 kg，加上機(jī)械臂的自重約65 kg，總負(fù)荷約為185 kg，模擬試驗(yàn)載荷以600 kg 計(jì)算，最終得出整個(gè)裝置最后一節(jié)搖臂夾具的位移變形量0.12 mm，精度滿足使用要求，第1 節(jié)搖臂的鏈接部位的最大應(yīng)力44.8 MPa，小于材料的屈服應(yīng)力51.5 MPa，滿足強(qiáng)度要求。

4 方案驗(yàn)證

該工具可實(shí)現(xiàn)分體式安裝，無需借用行車，依靠工作組成員即可完成專用工具的運(yùn)輸、安裝等工作，已成功應(yīng)用在廠用水泵機(jī)械密封更換工作。

5 結(jié)論

通過現(xiàn)場(chǎng)分析具體結(jié)構(gòu)及實(shí)際需求，開發(fā)出一套狹小空間內(nèi)拆裝聯(lián)軸器的工具，有效解決了AP1000 廠用水泵聯(lián)軸器拆裝難題，同時(shí)該裝置可推廣應(yīng)用到同類型大型液下長軸泵聯(lián)軸器拆裝上。

綜上所述，得出以下結(jié)論：①聯(lián)軸器拆裝工具方案滿足要求，能適應(yīng)狹窄空間，能夠?qū)崿F(xiàn)豎直移動(dòng)、水平旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)省力操作，節(jié)省檢修工期；②利用有限元分析，在3 倍載荷的情況下，整個(gè)裝置的應(yīng)力及應(yīng)變均滿足要求，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、精度可靠；③實(shí)際應(yīng)用表明，整套裝置操作方便、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，對(duì)人員技能要求較低，可有效降低傷人與設(shè)備損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

與此前廠用水泵機(jī)械密封更換相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①避免了聯(lián)軸器豎直移動(dòng)過程中的卡澀；②避免了聯(lián)軸器無法水平移動(dòng)至中間位置；③可減少重要設(shè)備不可用時(shí)間；④在保證質(zhì)量與安全的同時(shí)，降低對(duì)人員檢修技能要求。