核电厂装卸料机伸缩套筒卡涩原因分析

闵济东 杨欣 辜英丽 祝飞 贾仲林

摘 要：燃料操作与贮存系统，属于核辅助系统。主要活动包括新燃料组件入堆前的接收、检查、贮存，堆芯换料以及乏燃料组件的运输、贮存和发送等一系列工艺操作。装卸料机中伸缩套筒导向轮与其旋转轴材质相同，两者之间未设计轴承及轴套，贴合面光洁度不高且无排屑设计，该固有结构可能会导致导向轮与其旋转轴之间相对运动产生金属碎屑，并积存在腔室内；不光洁的配合面及运动中产生的金属碎屑随时间积累到一定程度后，导向轮与其旋转轴运动间隙不足造成相对运动卡涩。经过对同行电厂的调研，通过在装卸料机导向轮上增加QSn7-0.2（锡青铜）材质轴套进行结构优化，避免相同材质导向轮与轮轴直接轴孔配合，改进后的导向轮在使用过程中未出现卡涩现象。

关键词：装卸料机；伸缩套筒；导向轮；轴套

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.077

0 前言

燃料操作与贮存系统，属于核辅助系统。主要活动包括新燃料组件入堆前的接收、检查、贮存，拆卸和装封反应堆，堆芯换料以及乏燃料组件的运输、贮存和发送等一系列工艺操作。其主要功能有

（1）在冷态和卸压状态下，实施反应堆的换料操作；

（2）从新燃料组件的现场接收到装入反应堆前的贮存；

（3）贮存乏燃料组件和破损燃料组件；

（4）把乏燃料组件装入乏燃料运输容器，包括装料前乏燃料运输容器的准备、装料、去污和将乏燃料运输容器装在运输车辆上。

某核电厂102大修处于装料阶段，装卸料人员在操作装卸料机抓取第68步组件在堆芯区域定位后，下降组件至870mm时出现伸缩套筒欠载报警，提升组件时出现伸缩套筒超载报警。

对装卸料机进行目视检查，外部检查未发现缺陷，根据伸缩套筒卡涩位置，初步分析故障原因为装卸料机内部伸缩套筒卡涩。将伸缩套筒电机切换至手动模式，将套筒内的燃料組件提至最高位置。使用CCTV视频检查工具对水下伸缩套筒进行检查，未发现异常。

将装卸料机移至堆芯侧、吊运水闸门至堆芯侧并充气、堆芯侧排水至法兰面、吊运假顶盖、在装卸机固定套筒周围搭建脚手架。通过拆除装卸料机外套筒检查孔检查，确认第4组导向轮故障。随后完成了故障导向轮维修及其他的导向轮检查，执行了装卸料机空载干试试验，试验合格。

1 失效原因分析

1.1 失效机理的理论分析

装卸料机固定套同上的导向轮组件共6组，每组2个，共计12个导向轮组件。每个导向轮组件由两个侧向导向轮和一个中心导向轮组成（见图1、2），侧向导向轮与旋转轴未设计轴承或轴套，旋转轴为偏心设计，安装时通过调整旋转轴的偏心角度来调节两个侧向导向轮与导轨间的间距（间距要求为0.3-0.4mm）；中心导向轮位置由导轮座与调节螺栓来调节，两侧导向轮的旋转轴与调节螺栓在尾部由钢丝绳捆绑固定。

导向轮与其旋转轴材质相同，两者之间未设计轴承及轴套，贴合面光洁度不高且无排屑设计，在干式试验中无有效润滑方式，水下工作由换料水池水提供润滑；该固有结构可能会导致导向轮与其旋转轴之间相对运动产生金属碎屑，并积存在腔室内；不光洁的配合面及运动中产生的金属碎屑随时间积累到一定程度后，导向轮与其旋转轴运动间隙不足造成相对运动卡涩，导向轮与导轨的相对运动方式由滚动摩擦变为滑动摩擦，装卸料机伸缩套筒在燃料释放过程中触发欠载保护。

装卸料机固定套筒上装有6层导向轮，每层90°和270°方向各有1套导向轮，每套导向轮包括2个侧轮和1个顶轮（见图1）。导向轮与轮轴直接轴孔配合，两者材质均为不锈钢（0Cr17Ni4Cu4Nb），在长期的导向轮转动过程中容易出现粘着磨损，金属直接接触相对滑动时产生局部高温导致材料由一表面撕脱下转移粘附到另一表面，严重的粘着磨损会造成运动副“咬死”，即导向轮卡死不能转动。另外，如果燃料转运装置承载器垂直度不佳、装卸料机伸缩套筒与燃料转运装置承载器对中不良等都会加剧导向轮的粘着磨损。

1.2 失效解体情况验证

经对拆下部分导向轮组件后检查发现异常有：

（1）中间导向轮固定螺栓的锁紧垫片均未按照图纸要求锁紧；

（2）两侧导向轮旋转轴固定螺母的锁紧垫片也未完全锁死；

（3）两个侧向导线轮旋转轴上均存在毛刺，导向轮均磨损严重。

检查确认第4组两个侧向导向轮均咬死，随后拆除该导向轮组件，检查发现轮旋转轴上均有毛刺，导向轮均磨损严重，后打磨修复两个侧向导向轮旋转轴，并更换两个新的导向轮。

2 改进方案

对装卸料机导向轮进行结构优化工作，具体优化方案如下，通过在装卸料机导向轮上增加QSn7-0.2（锡青铜）材质轴套进行结构优化，避免相同材质导向轮与轮轴直接轴孔配合。

2.1 侧轮结构优化

增加的轴套与侧方导向轮采用过盈配合，其中导向轮上的轴套孔尺寸为，轴套外经为。在装配时轴套与导向轮采用温差法将轴套压入轮子后再加工Φ16H7的孔。

2.2 顶轮结构优化

增加的轴套与导向轮顶轮采用过盈配合，其中导向轮上的轴套孔尺寸为，轴套外经为。在装配时轴套与导向轮采用温差法将轴套压入轮子后再加工Φ16H7的孔。

3 总结

本文结合核电厂出现的装卸料机使用过程中出现的卡涩现象，分析了装卸料机伸缩套筒卡涩的原因，并针对原因进行了实用性分析，提出改进建议，降低了原设备导向轮卡死造成的燃料操作风险。经实践验证改造方法有效，有效的提高了装卸料机运行的可靠性，为国内同行电厂处理类似问题提供了解决思路和办法。

参考文献：

[1]PMC 燃料操作与贮存系统手册[C].