裝卸料機主提升同心度問題分析與處理

于春寧 鄧寅生

摘要：核燃料裝卸和貯存系統（PMC系統）擔負著核電站核燃料組件裝卸和貯存的重要功能，是核電站運行的前提。裝載機作為核燃料裝卸和貯存系統中的關鍵設備，主要用于完成反應堆廠房內燃料組件的裝卸。其運行的穩定性和準確性直接關系到核電站燃料的順利裝卸。本文從分析裝載機的結構入手，通過研究影響同心度的各種因素，最終確定裝載機同心度超差的原因，從而可以解決堆芯定位偏差問題。

關鍵詞：裝載機所有者;提升;同心度問題;分析處理;研究

1問題描述

1.1主提升結構介紹

裝卸機主升降機主要由四部分組成：轉臺、固定套筒、伸縮套筒和爪。其中轉臺安裝在轎廂頂部，內部主要為主提升的驅動機構，可實現0～270°方向的旋轉。固定套筒位于小車底部，主要為伸縮套筒的上下運動提供導向。伸縮套筒位于固定套筒內，轉臺中的主提升驅動機構通過鋼絲繩控制上下移動。伸縮套筒的下部通過法蘭結構與夾持器連接，以執行燃料組件操作的功能。在反應堆堆芯中，燃料組件之間的理論間隙值為1 mm。裝載機主提升機構結構的特殊性有利于保證燃料組件裝載的精度。

1.2問題描述

在裝載燃料組件之前，需要進行一系列調試試驗，以進行設備參數設置和邏輯性能驗證。其中，巖心定位試驗是裝卸機多項試驗的關鍵部分。堆芯定位測試一般包括三個部分：堆芯坐標參數獲取、堆芯定位驗證和預檢階段的再驗證。

在國內某核電廠的預檢階段，預檢人員進行了堆芯定位驗證，發現：1）當裝載機轉臺處于直立位置時，模擬燃料組件可以正確放置在反應堆下部內構件中，且四個前進方向，前后移動6.0mm，但總成仍能正確放置;2） 裝卸機轉臺旋轉180°后，模擬燃料組件無法正確定位在下部反應堆的內部構件中。通過望遠鏡和偏移法檢查，確定模擬燃料組件無法正確定位，因為下部管座偏移90°。

上述巖心定位驗證結果與之前的測試結果完全不一致。在正常情況下，當裝載機的轉臺處于直立位置時，可以在堆芯中正確抓取模擬燃料組件。轉臺旋轉180°后，模擬燃料組件仍然可以在堆芯中正確抓取。前、后、左、右方向的偏移量應不小于6.0 mm。堆芯定位和驗證異常的原因表明，裝卸機主提升的同心度已嚴重超出。當前狀態下的裝卸機不具備進行核燃料裝載的條件。裝卸機主起升超過標準的原因必須在現場找到并解決，然后才能繼續后續的核燃料裝載。

2原因查找和分析

2.1原因搜索

1） 外觀檢查

（1）檢查裝卸機夾爪，手指前方0°方向有明顯的敲擊痕跡;（2）檢查裝卸機固定套、伸縮套，未見明顯異常;（3）檢查模擬燃料組件，外表面無明顯異常;（4）檢查夾爪在固定套筒中的運動情況，夾爪在上升過程中與固定套筒的導軌間隙配合，但直到模擬燃料組件進入固定套筒后，發現固定套筒和組件背面（270°方向）下的套筒導軌槽完全死掉，正常情況下應具有統一的間隙。

2） 參數復測

（1） 裝卸機主提升伸縮套垂直度復測，結果在合格范圍內，安裝完成后與測量結果一致;（2） 重新測量伸縮套的同心度（用千分表測量爪體），結果為1.8mm，超出合格范圍（≤ 0.75毫米）。其中伸縮套安裝后測量結果為0.45mm;③ 在裝卸機抓取狀態下，測量模擬燃料組件的垂直度，下管座相對于上管座向后（270°方向）偏移8.5mm。單獨測量模擬燃料組件的垂直度，結果在合格范圍內（測量值<1.0mm）。

3） 定位檢查

（1） 裝載和卸載機器運行至燃油輸送裝置，然后將夾持器下降至燃油箱。左右方向間隙相等，但夾鉗正面（90°方向）卡在油箱上（調試后間隙為3.0mm）;（2） 裝載機到核心A7點的機會是，安裝大車坐標重置板，分別測量大車重置方向的距離，并與調試結果記錄完成后進行比較，發現小車方向結果，小車方向電流值比調試記錄結果大7.0mm，A7點表示整個裝卸機堆芯坐標系原點，這表明堆芯坐標可能整體向前移動了7.0 mm（180°）。

2.2原因分析

1） 主上升異常同心度

通過對爪擊痕跡的觀察和分析，可以確認爪指鉤與硬物發生碰撞，碰撞過程中的沖擊載荷可能會影響爪、伸縮套等主要起重部件的結構和尺寸。

伸縮套筒為圓柱形結構，前后方向焊接有導軌。在操作過程中，由幾組導向輪固定，以確保不會晃動。夾持器的主要部件也是圓柱形結構，四個指鉤是夾持燃料組件的主要軸承部件。夾持器和伸縮套筒通過4個螺栓連接。考慮到上述結構設計，當夾鉗和伸縮套筒受到撞擊載荷的沖擊時，最有可能的沖擊是夾鉗和伸縮套筒之間的連接法蘭結構。

現場復測的相關參數證實了上述推測：伸縮套筒的垂直度符合要求，其主體沒有變形;在夾具處測量伸縮套筒的同心度，發現其超出后部公差（270°方向），表明夾具主體或夾具與伸縮套筒之間的法蘭連接變形。更換另一個夾持器后，同心度偏差的方向和大小與以前基本相同，消除了夾持器本體變形的可能性。

這樣，可以確定連接夾具和伸縮套筒的法蘭由于碰撞而變形，從而導致主提升的同心度參數超出公差。由于伸縮套管的垂直度不變，因此計算了同心度變化對巖心定位的影響。

根據相似三角形原理，可以計算ω=7.9mm。該值與實測構件下承口相對于上承口的偏移量（8.5mm）基本一致，說明上述分析過程是可信的。

2） 裝卸機坐標偏差

現場參數復測時，發現裝卸機處于燃料輸送裝置的正確位置，夾持器與油箱左右側間隙相等，正面（90°方向）完全卡在地面上;裝卸機運行至A7點，安裝大小車坐標復位板，分別測量大小車方向的復位距離，并與調試后記錄的結果進行比較，發現小小車方向的結果一致，與記錄結果相比，大小車方向值增加了7.0mm。同時，對現場的PLC裝卸機的所有核心坐標參數進行了復核，結果都是正確的。

根據上述情況，可以確認裝卸機的核心坐標整體向前移動7.0mm（90°方向）。造成這種現象的可能原因包括現場人員誤動卡車編碼器的齒輪，以及機架上的異物導致卡車編碼器移動時齒輪跳動。

3） 巖心坐標驗證異常

（1） 夾具的碰撞導致模擬燃料組件下部管座在270°方向上出現7.9mm的偏差。當轉臺旋轉180°時，下部管座的偏差再次變為90°方向上的7.9mm偏差。② 裝載機坐標的整體向前移動將在模擬燃料組件的下部管座上疊加7.0mm至90°的偏移量，該偏移量不會因轉臺的旋轉而改變方向。因此，在裝卸機器時，在燃料組件集箱下方模擬轉臺，因為有兩個相對且大致相等的偏移量，因此，偏移量相互偏移，集箱基本位于上部下部反應器的導銷中，部件可以在堆芯中正確就位，并且偏移量在6毫米左右，也可以仍然正確的就位。但是，當裝載機轉臺旋轉180°時，模擬燃料組件下部管座上沿同一方向的兩個偏移量將疊加在一起，從而在90°方向上產生更大的偏移量，導致組件無法正確定位在下部堆內構件中。

3處理措施

3.1裝卸機整體坐標偏差

裝載到A7機會點的處理措施，安裝大車方向復位板的位置，然后微調裝載和卸載機的位置，確保在復位板值完成后，從位移和調試記錄中確定其在大車和小車方向，然后分別重置小車和小車編碼器的值，這樣可以從整體上糾正裝卸機坐標偏移問題。

4結論

本文在裝載前驗證堆芯坐標的過程中，詳細調查和分析了裝載機轉臺旋轉180°后模擬燃料組件無法正確安裝在堆芯中的原因。分析發現，裝卸機夾爪撞擊事故造成連接法蘭底部伸縮變形，導致裝卸機主升同心度參數出現超差，在通過模擬燃料組分的過程中，偏差被放大到閥座下方的管道上，并且裝卸機意外地協調整體偏移，導致異常堆芯坐標驗證問題。在此基礎上，提出了相應的處理方案，最終徹底解決了問題，有效地保證了核電站核燃料裝填的安全，為后續處理類似裝卸機問題提供了思路和參考。

參考文獻

[1]謝俊. AP1000核電機組裝卸料機技術特點及堆芯裝卸料技術難點探討[J]. 機電信息，2016（03）：58-60.