液氮低溫冷凍裝配應用技術實踐及研究

周振虎

摘 要： 當前，在我國的1000MW級核島部分關鍵主設備反應堆壓力容器還沒有形成先進的制造成效，所以有關的頂蓋控制棒驅動機構套管以及1000MW核電站反應堆壓力容器（RPV）下部儀表管也就是TI管裝配方面還屬于新的領域。由于擁有非常大的研究難度，而且對于裝配的精度要求極高，因此必須要實施特殊性的裝配形式，確保頂蓋控制棒驅動機構套管裝配可以滿足要求標準。本文采取實際案例的方式，介紹我公司已經制造的項目，即對于1000MW核電站反應堆壓力容器的頂蓋控制棒驅動機構套管裝配以及RPV下部儀表管裝配，所應用到的液氮低溫冷凍裝配相關技術進行探究。

關鍵詞： 液氮低溫冷凍；反應堆壓力容器；裝配應用技術；實踐情況

我公司項目1000MW核島主設備反應堆壓力容器采取國外先進的1000MW壓水堆技術手段，經國產化制造的方式，融合其他先進技術最終而成。在反應堆冷卻劑系統中，反應堆壓力容器屬于關鍵的構成部分，同控制棒驅動機構、堆內構件以及堆芯等，組建起壓水堆主體。我公司對于控制棒驅動機構套管（CRDM）的液氮低溫冷凍裝配制造技術進行科學的改造以及優化，成功實現有關裝配工作。

一、制造技術的內容概況

通過制定出科學的產品工藝制造方案，落實有關產品制造內容，其中探究控制棒驅動機構套管的裝配技術是重要的研究內容。主要技術的內容一共實現兩大方面的內容，其一就是階段性指標，其二為最終的指標。前者實現的內容為，平穩展開反應堆壓力容器頂蓋控制棒驅動機構套管的裝配，能夠切實的符合設計圖紙中相關的規定標準；后者為達到全部制造的目標，一方面滿足設計圖紙要求標準，另一方面對我國此項產品空白狀態進行有效的填補。

二、制造技術的要求分析

（一）主要技術的方法原理情況

首先，基本的概念。主要的概念包括過盈配合、液氮低溫冷凍。其中，過盈配合即為存在過盈量的配合，而且孔公差帶低于軸公差帶。過盈配合主要是進行連接以及固定孔和軸，避免雙方產生相對運動問題；液氮低溫冷凍就是經液氮的低沸點特點，在液氮內進行放置工件并實施冷凍，依照冷凍后工件的材料性能，伴隨改變溫度狀態實施收縮其尺寸。

其次，過盈配合零件的裝配方法為：主要涉及到三種舉措，即壓裝、熱裝、冷裝。怎樣科學的選用裝配方式，主要是依照現場的實際條件情況、遵循配合特性情況實施。第一，壓裝是于常溫狀態中，把過盈量配合的零件進行到裝配位。實施正式的裝配工作之前，需要徹底的清洗干凈配合面，同時處理掉毛刺，涂適當的潤滑劑；第二，冷裝是在包容件不容易加熱的情況下，實施液氨或者液氮等冷卻劑，冷卻包容件為相應的溫度之后，推動減小外徑，而且跟包容件形成間隙在相應部位展開裝配；第三，熱裝即為均勻的加熱包容件，采取焦炭、木炭等進行加熱，使得增加直徑，在同包容件之間形成間隙之后實施進一步的裝配。

最后，頂蓋控制棒驅動機構套管過盈配合裝配方式中，因頂蓋控制棒驅動機構套管同需要裝配孔的配合是一種過盈配合的形式，所以依照相應的結構特征等因素，是不適合加熱的。因此，應用到液氮低溫冷凍裝配模式展開裝配操作。

（二）制造關鍵技術分析

控制棒套管在反應堆壓力容器上屬于關鍵的工藝元件構成，類型包括“X”型、“Y′”型、“Y′′”型、“Z”型，過盈量為（0.09±0.01）mm。實施裝配之前，需要嚴格的掌握各孔尺寸，同時進行編號，依照各孔實際尺寸相應的配置控制棒套管。而且裝配過程中，需要確?？刂瓢籼坠苌隙瞬课挥谙嗤钠矫娌课?，提升精確度。并且要嚴格的遵循圖紙要求標準，使得全部的裝配環節可以準確而且迅速，保障具備良好的清潔效果?？刂瓢籼坠苎b配時需要的設備和工裝涉及到1T懸臂吊、控制棒套管接管調節裝置、控制棒套管裝焊保護裙座、控制棒套管裝配操作平臺以及液氮冷凍裝置等。操作控制棒套管裝配的主要方式就是：對CRDM管裝配工位進行布置，并且嚴密的檢查；對各CRDM管相應支撐高度進行科學的計算；于管裝配平臺進行CRDM管調節裝置的配置；冷凍CRDM管；實施裝配CRDM管以及進行仔細的檢查。

另外，冷凍操作的具體方式為：依照已經放置好的CRDM管裝配，對CRDM管編號展開科學的調整，并且冷卻有關CRDM管，在液氮箱內的冷卻時間設置為40分鐘左右，能夠同時進行應用3個冷凍箱?？刂坪美鋬龅臏囟?，是在零下196℃，而且實施液氮浸泡的舉措。在整個操作期間，需要佩戴防凍手套以及眼鏡、口罩等。

三、制造技術的創新

首先，在設計液氮冷凍裝置和應用方案方面上。裝置的構成部分涉及到液氮瓶、液氮引導裝置、液氮瓶支座以及超低溫深冷箱和控制系統幾項。其中，液氮瓶實施的是不銹鋼自增壓式，控制每天的蒸發量在2%以下；液氮引導裝置中，是應用了超級真空絕熱結構，安全可靠性更高；液氮深冷箱的內壁以及外壁材料均是不銹鋼材質，存在起吊吊耳，深冷箱液氮注入的方式為多點噴射舉措，綜合各項可以良好的符合CRDM管各種冷凍長度需求標準；在控制系統內，是采取獨立的控制箱，涉及到三路溫度和液面自動控制單元，能夠對歷史資料及時的查詢以及打印。

其次，在CRDM管裝配方案方面。經CRDM管裝配的相關操作流程，全部的操作和有關工裝以及工具、設備的應用，可以使得CRDM管裝配之后，達到制造圖紙的要求標準，而且將精準度明顯的提升。

四、研究成果探究

經落實此種液氮低溫冷凍裝配方案以后，可以良好的保障裝配控制棒驅動機構套管平穩的實施，生產各種高質量的產品，并且符合設計要求標準。這一方案，也為推動反應堆壓力容器制造工作的順利實施，創造重要的前提基礎，可以實現階段性以及最終的目標。另外，對于未來的項目制造而言，這種裝配方案也提供了眾多的有價值參考，使得相應的技術工作人員于項目實施期間積累經驗，得到更好的鍛煉，掌握更多的先進技術，造就大批的生產一線工作人員。車間的設備以及工裝順利的經歷磨合時期，步入正常的工作環境中，因此為日后的同種類型產品的制造，提出更好的指導。

結語：通過進行應用以及改善液氮低溫冷凍裝配技術，能夠為未來的相關項目產品裝配工作，提出科學的借鑒和指導。依照成熟的制造工藝技術，實現高效高質的完成工作，在減少制造周期的基礎上保障產品可以具有較高的質量水平。因此，經研究這一1000MW級核電站主設備反應堆壓力容器關鍵制造技術，可以實現全面國產化的目標，通過大力的推廣及實踐，獲得更多的社會效益。

參考文獻

[1]王震，田學隆，童明偉，王槐志.基于STC89C51的新型液氮低溫微創冷凍控制系統設計[J].低溫與超導，2013（07）：12-17.

[2]王尚銀，孫睿霞.大型零件大過盈液氮冷裝工藝的研究與實踐[J].機械工程師，2016，12（01）：35-37.

[3]王耀耀，朱研研，郝惠云，付美紅，王亞莉，張雪霞.去甲基萬古霉素菌種低溫冷凍、冷干保藏條件優化及10年菌種保藏效果[J].微生物學通報，2016（07）：1627-1634.

[4]陳偉.廢舊橡膠輪胎低溫粉碎工藝規程編制與設備的研發[D].浙江工業大學，2016.

[5]石珂瑋.基于薄液膜蒸發的超高速冷凍過程中傳熱機理的研究[D].大連海事大學，2016.

[6]郭連娣，伏彬，李柏松.挖掘機工作裝置軸套裝配工藝及裝配實例[J].工程機械與維修，2018（04）：79-81.