堆芯装料机燃料操作难点分析及处理措施

于春宁 邓寅生

摘要：堆芯加载是核电站每次换料大修关键路径中的重要环节。安全高效的堆芯装料不仅是核电站稳定、安全、经济运行的前提，也是保证堆芯安全和第一道放射性屏障完整性的重要环节。本文仅考虑装卸机械的运行对装载的影响，对燃油抓斗、摆式机械和转车性能对装载的影响进行了探讨。

关键词：堆芯装载机燃料;操作难度;分析治疗措施;研究

1装载困难分析

1.1装卸机定位精度超差

1.1.1大型汽车编码器的计数精度

在装载过程中，装卸机一般采用半自动模式运行，在此模式下装卸机通过编码器反馈给可编程逻辑控制器（PLC）控制系统，编码器通过齿轮和齿条在轨道上啮合旋转进行位置信号反馈。编码器和装载机小车的实际距离之间存在线性关系，通过系数进行补偿。调试过程中发现编码器在运行过程中出现跳档、测量数据漂移等故障。附加装载机的大车跨度较大，虽然采用双边主从驱动方式，但由于制造、调试、安装等过程中的偏差，装载机的实际位置与大车核心部件的理论位置有关，可能存在偏差，影响装卸机定位精度。

1.1.2套管的同心度和垂直度

燃料组件通过手柄与装卸机内套筒连接，内套筒通过2根钢丝绳悬挂在装卸机升降机构上，内套筒由绞车上下驱动。外套固定在小车的甲板上，通过推力轴承压在支撑架上;内套筒由2根钢丝绳悬挂在卷筒上。内套筒的上下运动由安装在外套筒上的7组导向轮引导。导向轮按0°和180°布置。从外套筒底部开始，152.4mm成对排列，间隔1.524m;同时，在外套筒内侧底部安装了四根长度为1.42m的燃料组件导杆，它们都分布在45°、135°、225°和315°四个方向上，为燃料组件和手柄的上下移动提供指导。在装载过程中，由于堆芯升降过程中内套筒的导向精度，燃料组件会发生旋转和摆动，导致机械部件的振动和磨损加剧，容易造成燃料组件及其相邻部件的刮擦。严重情况下，燃油总成将损坏。因此，外套筒相对于铁芯下板的垂直度以及内外套的同心度将影响装卸机定位精度的精度。

1.2燃料组件的变形

机组正常运行期间，燃料组件经过长时间的辐照，并一直处于高温高压、高活性和特殊的水力运动环境中，随着运行时间的增加，燃料组件的长度将增加，但受堆芯上限的限制，而铁芯被燃料组件无法自由伸长，最终会出现燃料组件弯曲、变形。

燃料组件变形的形状各不相同，因为燃料组件之间的间隙仅为1.5 mm，燃料组件的变形会挤压相邻燃料组件或侵占相邻组件的空间、光线，导致装卸机过载或欠载故障报警，或导致燃料组件相互干扰挂钩，燃料组件挤压损坏，影响充电大修持续时间，严重时甚至可能导致核安全事故。

2堆芯机操作困难的处理措施

2.1装卸机定位精度超差验证及处理措施

2.1.1.大型汽车编码器定位精度验证与调整

除编码器定位外，装卸机还采用物理尺和指针定位。因此，可以使用物理刻度和指针来验证编码器的定位精度。具体方法如下：在堆芯H8位置选择作为装卸机零点（原点），并在桥架、小车轨道井位置标记线，每天连续1班后将装卸机定位到零位，确认指针与标记线是否对齐，因此，如果编码器接口可以设置任何错误，则确认编码器的错误位置，以修改编码器的测量值。

2.1.2.外套管垂直度的校核和调整

可通过将铅锤悬挂在0°、90°、180°和270°的外套筒外壁上，并在外壁上选择至少三个位置测量外套筒与铅锤线之间的距离来验证外套筒的垂直度，满足设计和安装文件的要求（≤4.76毫米）。如果垂直度不符合要求，可通过增减装卸机小车甲板上的支撑垫片来调整外套的垂直度。

2.1.3内外套筒同心度的调整

通过内套筒全行程运动试验，将激光发射器固定在夹具定位销上，验证内外套筒的同心度，形成的光斑必须在φ4mm圆内。如果同心度不符合要求，可通过调整导向轮和导向杆之间的间隙以及调整提升机构提升支架的高度来实现。

2.2构件变形处理措施

2.2.1燃料组件旋转加载

当燃料组件的变形方向朝向开放区域时，可通过旋转装卸机套筒将燃料组件旋转到一定角度，以达到组件顺利插入的目的。

2.2.2燃料组件扩展操作

燃料组件在堆芯销上就位时，由于辐照变形或相邻燃料组件的挤压而出现一定程度的倾斜，这会占用其他燃料组件的空间，导致后续燃料组件的加载受到周围组件的干扰而加载，现在需要倾斜反向驱动膨胀的燃料组件，当这种情况发生时，夹具可以重新定位在倾斜部件上。根据燃料组件的实际倾斜，装载车或小车可以移动到标准坐标方向，倾斜的燃料组件可以推到标准坐标方向，最多可以推展开方向的第二组燃料组件和第三组燃料组件。

据调查，中国同行业的核电厂都为此配备了堆芯膨胀工具。堆芯膨胀工具可以在关闭状态下进入要加载的燃料位置，操作堆芯膨胀工具打开，使倾斜部件可以移动到标准坐标，而不会损坏相邻的燃料部件。

2.2.3燃料组件导向装置（行李箱顶部）充电

燃料组件和堆芯下板由两个180°对称布置的定位销定位。燃料组件下管座定位孔直径22.2mm，堆芯下板定位销直径21.5mm。在不考虑燃料组件刮擦等因素的情况下，装卸机的最大偏移量允许为11mm。当燃料组件的变形超过11mm时，即使通过调整坐标进行加载，燃料组件仍不能插入堆芯下板的定位销中，装载机坐标的过度调整将导致燃料组件挤压，并增加燃料刮擦的风险。为了解决这一问题，需要将燃料组件导向装置（小靴顶）放置在堆芯底板上，为扭曲的燃料组件和堆芯底板定位销提供导向，以实现燃料组件的顺利装载和放置。虽然燃料组件的变形程度和变形方向是随机的，但一般认为每个乏燃料组件在大修和加载时都会发生变形，这种变形不利于燃料组件的加载。因此，国内同行优先考虑在装载每个乏燃料组件之前放置小防尘套。

小靴顶通常用作堆芯装载的辅助工具，用于燃料组件的辅助导向。小鞋顶加载法是一种安全、高效、操作简单且不占用变形装配加载法关键路径的加载方法。

2.2.4修改的材料步骤顺序（跳跃步骤）

目前，三门核电站堆芯加载方式为“蛇型”。在后期充电中，大部分堆芯空间已被燃料组件占据，因为在使用燃料组件的位置时，L型小靴帮助占据了大约3个空间，堆芯没有足够的空间放置L型小靴帮助，单型和小靴帮助只能提供一个引导面，使用上述方法仍可以将燃料组件的一部分安装到位。此时，只能选择“跳过”操作来修改物料步骤顺序。然而，每次换料大修前，堆芯燃料组件的装载设计主要考虑堆芯燃料组件的浓缩程度、运行时间、反应性控制等因素。因此，“跳过”操作只能在核心核物理学家计算后进行，以确保核安全和控制。

2.3增加部件变形测量装置

由于燃料组件的随机变形和强烈的水下热扰动，很难通过目测直接判断燃料组件的变形量和变形方向，这给堆芯载荷带来了很大的不确定性。然而，如果在加载铁芯时添加部件变形测量装置，则可以预先测量部件变形方向和变形量。根据实测数据和堆芯加载方案，分析燃料组件加载方式（是否可以直接就位，是否需要旋转外套和提前改变加载步骤等），以及组件变形方式，变形量和变形位置标记在加载步骤列表中。通过预先分析、判断和制定相应的处理措施，可最大限度地缩短检修装车周期，降低装车难度。

3結论

综上所述，在使用装载机操作燃料组件的过程中，影响装载的主要因素是装载机的定位精度和燃料组件的变形。由于装卸机的定位精度主要是在设备调试期间确定的，其次是机械运动部件之间的磨损引起的相关部件之间的精度变化对定位精度造成的影响，但可以通过调整坐标、调整或更换部件，包括定位精度对载荷的影响要尽量减小。

参考文献

[1]汪宁远，李然，刘义保，杨灵芳，杨波.基于MOX燃料组件的177混合堆芯装料方案数值研究[J].核动力工程，2018，39（04）：6-10.