乏燃料傳輸小車在卸料端停靠位置頻繁漂移故障分析及處理

茍 海，靳瀚博，周建平，張 泰，曹烽華，張文宗

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

秦山三期CANDU 重水堆中，從反應(yīng)堆中剛下來的乏燃料棒束需要通過傳輸小車及時將其轉(zhuǎn)運至儲存池儲存，但在傳輸小車運行過程中，在2 號鏈上的卸料端?？课恢妙l繁出現(xiàn)忽近忽遠的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響運行人員卸料操作，增加運行風(fēng)險。2020 年9 月18 日16 時12 分，1 號機組傳輸小車在2 號鏈卸料端與機械擋塊相撞。傳輸小車與機械擋塊相撞后，電機會一直打滑運行，傳輸小車上的乏燃料棒束存在損壞風(fēng)險。維修人員到達現(xiàn)場后，對卸料端開關(guān)重新調(diào)整，將傳輸小車與機械擋塊的距離增大，實驗兩次后，傳輸小車?？课恢梅€(wěn)定，距離滿足要求。三天后，運行人員再次反饋，傳輸小車停靠位置與機械擋塊相距過遠，運行人員無法操作乏燃料棒束，維修人員再次干預(yù)。該現(xiàn)象近些年頻繁發(fā)生，對機組運行造成安全隱患。

1 故障分析

1.1 故障邏輯分析

從2 號鏈電機邏輯可知：傳輸小車從2 號鏈的傳輸端到卸料端的被動停止邏輯只有一個，即傳輸小車在卸料端開關(guān)觸發(fā)。

假設(shè)1：小車在傳輸端停止位置不穩(wěn)定；假設(shè)2：小車在傳輸端停止位置穩(wěn)定。

如果假設(shè)1 成立，則傳輸小車在2 號鏈傳輸時的起始位置就會不穩(wěn)定，故障很可能與1 號鏈傳輸有關(guān)，分析的方向就會是1 號鏈傳輸?shù)姆€(wěn)定性。據(jù)1 號鏈控制邏輯可知，1 號鏈停止邏輯由軸編碼器控制，設(shè)定值為71128。通過多次觀察發(fā)現(xiàn)，1 號鏈在傳輸端停止時軸編碼器讀數(shù)非常穩(wěn)定，且傳輸時間也很穩(wěn)定，因此可以認定1 號鏈的傳輸是穩(wěn)定的，假設(shè)1 不成立。

如果假設(shè)2 成立，則不需要考慮傳輸小車的起始點，影響傳輸小車在卸料端?？课恢玫闹饕蛩赜? 號鏈電機、2 號鏈傳輸鏈條、卸料端開關(guān)組件。

1.2 重點設(shè)備穩(wěn)定性分析

1.2.1 2 號鏈電機穩(wěn)定性分析

2 號鏈電機是保德公司出品，型號GE 143TCYFCZ，額定電壓220/380 VAC，額定功率0.5 HP（1 HP=0.746 kW），轉(zhuǎn)速710 r/min。電機穩(wěn)定性測試比較復(fù)雜，由于條件限制，暫時沒有直接檢測的方法，通常情況下，電機的穩(wěn)定性與電機傳動打滑及電機剎車有關(guān)。

（1）電機齒輪打滑。電機傳動打滑的原因有多種，主要有：電機重負荷運行導(dǎo)致齒輪過載加速齒輪磨損，或缺油、長期高速運轉(zhuǎn)，齒輪對齒輪的嚙合磨損或位置不當(dāng)?shù)?，都有可能使軸承損壞。如果是輕微磨損，可以調(diào)節(jié)兩個齒輪之間的距離，如果磨損嚴(yán)重需要更換齒輪。

目前，2 號鏈電機不存在長期或高負荷運轉(zhuǎn)的情況，還未發(fā)現(xiàn)齒輪磨損嚴(yán)重的情況，同時，對于電機鏈條有潤滑預(yù)維操作，因此電機齒輪打滑影響不是目前電機不穩(wěn)定性的主要因素。

（2）電機剎車動作延遲影響。為了驗證剎車的影響，利用做標(biāo)識的方法直觀地檢測電機、鏈條、剎車在運行過程中帶來的偏差量。

根據(jù)消缺頻率，每月必然會出現(xiàn)1～2 次，因此采用標(biāo)識法記錄1 個月的標(biāo)識情況（表1）。由于電機轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動快（710 r/min），水下小車位置變化一點，電機轉(zhuǎn)動軸可能轉(zhuǎn)動十幾圈，因此這個位置做的標(biāo)識沒有意義，所以選定標(biāo)識位置有：電機傳動鏈條與枕塊，銜鐵與線圈（銜鐵間隙），前者是動作部件（標(biāo)識對象），后者是固定部件（參考對象）。

表1 標(biāo)識法記錄數(shù)據(jù)

從表1 可知，電機傳動鏈條標(biāo)識每次都會存在變化。但是，變化量與小車?？课恢没緦?yīng)，如果手動轉(zhuǎn)動電機，能夠?qū)⑿≤囄恢煤蜆?biāo)識位置重合，且剎車銜鐵變化較小。因此，從標(biāo)識法可以得出電機傳動和剎車制動較為穩(wěn)定，不是目前傳輸小車不穩(wěn)定表現(xiàn)的主要因素。

1.2.2 傳輸鏈條穩(wěn)定性分析

傳輸鏈條松弛會影響鏈條和齒輪之間的傳動，一般會造成鏈條打滑以及鏈條磨損（圖1）。由于傳動鏈條都是在乏燃料水池中，很難查看是否有松動，平時在預(yù)維中的做法是，用鏈條脹緊工具檢查鏈條自鎖螺母的緊固力矩（80～120 英寸磅）。如果力矩偏小，說明鏈條有松動可能，需要重新緊力矩。在故障多次發(fā)生后，首先對傳輸鏈條的自鎖螺母力矩進行檢查，檢查結(jié)果是力矩在要求范圍內(nèi)。

圖1 水下傳輸鏈條磨損情況

在實際運行中，鏈條磨損情況的確存在。目前已經(jīng)對磨損的鏈條更換過多次，本故障現(xiàn)象出現(xiàn)后，也對水下鏈條進行了檢查，并更換了3 對，但是更換后故障現(xiàn)象沒有得到緩解。因此，傳輸鏈條磨損和松動打滑不是傳輸小車不穩(wěn)定表現(xiàn)的主要因素。

1.2.3 卸料端開關(guān)組件穩(wěn)定性分析

為了驗證卸料端開關(guān)組件的穩(wěn)定性，從庫存中領(lǐng)取2 個備件，將現(xiàn)場設(shè)備更換為新備件，經(jīng)過一段時間驗證，發(fā)現(xiàn)新備件仍然存在故障現(xiàn)象。因此，開關(guān)組件的穩(wěn)定性沒有下降，應(yīng)該是備件共同特性決定的。

為了進一步驗證開關(guān)組件的特性，設(shè)計一套驗證裝置，該裝置除了電機，其他設(shè)備都與設(shè)計一致，安裝方式也一致。

在確保初始位置不改變的情況下，記錄指示燈的斷開時間，反復(fù)測試多次后，發(fā)現(xiàn)開關(guān)組件中微動開關(guān)觸點斷開時間和斷開位置存在較大區(qū)別，試驗出的最大時差約3 s。按照鏈條傳輸速度30.5 mm/s 計算，3 s 的時差相差約90 mm，已經(jīng)超出設(shè)定的2～6 cm 的范圍。因此，卸料端開關(guān)組件是目前傳輸小車不穩(wěn)定表現(xiàn)的主要因素。

2 關(guān)鍵因素分析及論證

根據(jù)各組件穩(wěn)定性分析得出，影響傳輸小車在卸料端?？坎环€(wěn)定的關(guān)鍵因素是卸料端開關(guān)組件。

開關(guān)組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖2，開關(guān)組件內(nèi)部傳動順序如下：減速器→件9→件3→件4→件5→件6→件7→件8。

圖2 卸料端開關(guān)組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)

開關(guān)組件從功能結(jié)構(gòu)上主要分成4 部分，分別是傳動部分、觸發(fā)部分、調(diào)節(jié)部分以及微動開關(guān)。其中，調(diào)節(jié)部分在開關(guān)組件中只起調(diào)節(jié)作用，不影響開關(guān)組件的穩(wěn)定性。

（1）白色齒輪（件3、件4、件5、件6）為傳動部分。件9 連接減速器，件3 和件9、件4 和件5 均是同軸傳動，為一個整體。件3 和件4、件5 和件6 是齒輪傳動，齒輪間隙很小、大小一樣。

（2）黃色觸發(fā)塊（件7）與微動開關(guān)的觸發(fā)臂一起構(gòu)成觸發(fā)部分。黃色觸發(fā)塊帶有漸變式凸輪，觸發(fā)方式為點對點接觸式觸發(fā)。

（3）調(diào)節(jié)旋鈕（TMING、DEWLL）分別與紅色連接件（件1、件2）連接，構(gòu)成了開關(guān)組件觸發(fā)時間的調(diào)節(jié)部分。TIMING 旋鈕調(diào)節(jié)件1 的位置，整個行程60 mm。DEWLL 旋鈕調(diào)節(jié)件2 的位置，整個行程30 mm。

（4）微動開關(guān)（件8）連接指示燈，反映微動開關(guān)觸點狀態(tài)。

2.1 微動開關(guān)精度實驗

領(lǐng)取5 個新的微動開關(guān)，制作一套專用裝置反復(fù)測量觸發(fā)和恢復(fù)距離。每個開關(guān)實驗100 次，測試其穩(wěn)定性，100 次實驗中以每20 次為一組，計算平均值，統(tǒng)計結(jié)果見圖3。

圖3 微動開關(guān)測試數(shù)據(jù)（mm）

從圖3 可以看出，觸發(fā)距離和恢復(fù)距離基本平穩(wěn)，且在100 次實驗中未發(fā)現(xiàn)不觸發(fā)的現(xiàn)象。因此認為選用的微動開關(guān)性能可靠，不是開關(guān)組件不穩(wěn)定的主要原因。

2.2 觸發(fā)部件精度分析

卸料端開關(guān)組件的觸發(fā)方式是觸發(fā)塊轉(zhuǎn)動過程中，凸輪碰觸微動開關(guān)觸發(fā)臂滾輪，往下壓縮觸發(fā)臂，致使微動開關(guān)觸發(fā)（圖4）。

圖4 卸料端開關(guān)觸發(fā)

根據(jù)卸料端開關(guān)組件的結(jié)構(gòu)可知，如果是順時針轉(zhuǎn)動，將是斜面觸發(fā)滾輪，反之則是直面觸發(fā)，這兩種觸發(fā)方式姑且稱之為漸變式觸發(fā)和直線式觸發(fā)，兩種觸發(fā)方式如圖5 所示。

圖5 觸發(fā)塊斜面和直面

根據(jù)安裝位置，開關(guān)觸發(fā)方式不同。卸料端開關(guān)組件是安裝在外側(cè)，在卸料端時的觸發(fā)方式為漸變式觸發(fā)。

為了區(qū)分漸變式觸發(fā)和直線觸發(fā)的區(qū)別，在實驗裝置上分別進行了10 次實驗，實驗結(jié)果：漸變式觸發(fā)區(qū)間為57.25～61.17 s，平均時間為59.607 s，有2.92 s 的波動；直線式觸發(fā)區(qū)間為58.97～60.48 s，平均時間為59.828 s，有1.51 s 的波動。實驗結(jié)果表明，直線式觸發(fā)方式較為穩(wěn)定。

3 解決措施

根據(jù)實驗分析結(jié)果，影響卸料端開關(guān)組件不穩(wěn)定的主要原因是觸發(fā)塊與微動開關(guān)觸發(fā)臂之間接觸不穩(wěn)定，如果能夠?qū)u變式觸發(fā)方式改為直線式觸發(fā)方式，會提高卸料端開關(guān)組件觸發(fā)精度。

結(jié)合現(xiàn)場實際，將漸變式觸發(fā)改成直線式觸發(fā)有兩種方法：①將卸料端開關(guān)和傳輸端開關(guān)位置互換；②調(diào)整卸料端開關(guān)內(nèi)部觸發(fā)塊的方向

2.1 將卸料端開關(guān)和傳輸端開關(guān)位置互換

現(xiàn)場安裝方式是卸料端開關(guān)安裝在外側(cè)，傳輸端開關(guān)安裝在內(nèi)側(cè)，如果兩者互換就可以實現(xiàn)卸料端開關(guān)直線式觸發(fā)。

（1）優(yōu)點：實施簡單，并且能夠?qū)崿F(xiàn)卸料端開關(guān)和傳輸端開關(guān)都能夠直線式觸發(fā)的目的，提高傳輸小車在2 號鏈上雙向運行的穩(wěn)定性。

（2）缺點：需要現(xiàn)場設(shè)備變更，并修改設(shè)計圖紙和維修規(guī)程，實施周期較長。

2.2 調(diào)整卸料端開關(guān)內(nèi)部觸發(fā)塊的方向

將卸料端開關(guān)組件的觸發(fā)塊調(diào)換方向，可以實現(xiàn)卸料端開關(guān)直線式觸發(fā)。

（1）優(yōu)點：實施簡單，不改變現(xiàn)場布置。

（2）缺點：在更換卸料端開關(guān)組件時，需要提前調(diào)換觸發(fā)塊；維修規(guī)程中調(diào)節(jié)方法不適用，需要修改。

為了盡快解決問題，決定采取分兩步走的方式。第一步，先調(diào)整卸料端開關(guān)觸發(fā)塊的方向，驗證1 年，如果故障頻率能夠降低到預(yù)期值（將卸料端開關(guān)調(diào)整頻率降低到每年1～2 次），進行第二步，將卸料端開關(guān)和傳輸端開關(guān)互換位置，實現(xiàn)永久變更。

4 結(jié)束語

現(xiàn)已將兩個機組的卸料端開關(guān)組件的觸發(fā)塊位置調(diào)換了方向，到目前為止，已經(jīng)觀察近半年時間，發(fā)現(xiàn)傳輸小車在卸料端?？课恢脿顩r良好。