乏燃料传输小车在卸料端停靠位置频繁漂移故障分析及处理

苟 海，靳瀚博，周建平，张 泰，曹烽华，张文宗

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300）

0 引言

秦山三期CANDU 重水堆中，从反应堆中刚下来的乏燃料棒束需要通过传输小车及时将其转运至储存池储存，但在传输小车运行过程中，在2 号链上的卸料端停靠位置频繁出现忽近忽远的现象，严重影响运行人员卸料操作，增加运行风险。2020 年9 月18 日16 时12 分，1 号机组传输小车在2 号链卸料端与机械挡块相撞。传输小车与机械挡块相撞后，电机会一直打滑运行，传输小车上的乏燃料棒束存在损坏风险。维修人员到达现场后，对卸料端开关重新调整，将传输小车与机械挡块的距离增大，实验两次后，传输小车停靠位置稳定，距离满足要求。三天后，运行人员再次反馈，传输小车停靠位置与机械挡块相距过远，运行人员无法操作乏燃料棒束，维修人员再次干预。该现象近些年频繁发生，对机组运行造成安全隐患。

1 故障分析

1.1 故障逻辑分析

从2 号链电机逻辑可知：传输小车从2 号链的传输端到卸料端的被动停止逻辑只有一个，即传输小车在卸料端开关触发。

假设1：小车在传输端停止位置不稳定；假设2：小车在传输端停止位置稳定。

如果假设1 成立，则传输小车在2 号链传输时的起始位置就会不稳定，故障很可能与1 号链传输有关，分析的方向就会是1 号链传输的稳定性。据1 号链控制逻辑可知，1 号链停止逻辑由轴编码器控制，设定值为71128。通过多次观察发现，1 号链在传输端停止时轴编码器读数非常稳定，且传输时间也很稳定，因此可以认定1 号链的传输是稳定的，假设1 不成立。

如果假设2 成立，则不需要考虑传输小车的起始点，影响传输小车在卸料端停靠位置的主要因素有2 号链电机、2 号链传输链条、卸料端开关组件。

1.2 重点设备稳定性分析

1.2.1 2 号链电机稳定性分析

2 号链电机是保德公司出品，型号GE 143TCYFCZ，额定电压220/380 VAC，额定功率0.5 HP（1 HP=0.746 kW），转速710 r/min。电机稳定性测试比较复杂，由于条件限制，暂时没有直接检测的方法，通常情况下，电机的稳定性与电机传动打滑及电机刹车有关。

（1）电机齿轮打滑。电机传动打滑的原因有多种，主要有：电机重负荷运行导致齿轮过载加速齿轮磨损，或缺油、长期高速运转，齿轮对齿轮的啮合磨损或位置不当等，都有可能使轴承损坏。如果是轻微磨损，可以调节两个齿轮之间的距离，如果磨损严重需要更换齿轮。

目前，2 号链电机不存在长期或高负荷运转的情况，还未发现齿轮磨损严重的情况，同时，对于电机链条有润滑预维操作，因此电机齿轮打滑影响不是目前电机不稳定性的主要因素。

（2）电机刹车动作延迟影响。为了验证刹车的影响，利用做标识的方法直观地检测电机、链条、刹车在运行过程中带来的偏差量。

根据消缺频率，每月必然会出现1～2 次，因此采用标识法记录1 个月的标识情况（表1）。由于电机转动轴转动快（710 r/min），水下小车位置变化一点，电机转动轴可能转动十几圈，因此这个位置做的标识没有意义，所以选定标识位置有：电机传动链条与枕块，衔铁与线圈（衔铁间隙），前者是动作部件（标识对象），后者是固定部件（参考对象）。

表1 标识法记录数据

从表1 可知，电机传动链条标识每次都会存在变化。但是，变化量与小车停靠位置基本对应，如果手动转动电机，能够将小车位置和标识位置重合，且刹车衔铁变化较小。因此，从标识法可以得出电机传动和刹车制动较为稳定，不是目前传输小车不稳定表现的主要因素。

1.2.2 传输链条稳定性分析

传输链条松弛会影响链条和齿轮之间的传动，一般会造成链条打滑以及链条磨损（图1）。由于传动链条都是在乏燃料水池中，很难查看是否有松动，平时在预维中的做法是，用链条胀紧工具检查链条自锁螺母的紧固力矩（80～120 英寸磅）。如果力矩偏小，说明链条有松动可能，需要重新紧力矩。在故障多次发生后，首先对传输链条的自锁螺母力矩进行检查，检查结果是力矩在要求范围内。

图1 水下传输链条磨损情况

在实际运行中，链条磨损情况的确存在。目前已经对磨损的链条更换过多次，本故障现象出现后，也对水下链条进行了检查，并更换了3 对，但是更换后故障现象没有得到缓解。因此，传输链条磨损和松动打滑不是传输小车不稳定表现的主要因素。

1.2.3 卸料端开关组件稳定性分析

为了验证卸料端开关组件的稳定性，从库存中领取2 个备件，将现场设备更换为新备件，经过一段时间验证，发现新备件仍然存在故障现象。因此，开关组件的稳定性没有下降，应该是备件共同特性决定的。

为了进一步验证开关组件的特性，设计一套验证装置，该装置除了电机，其他设备都与设计一致，安装方式也一致。

在确保初始位置不改变的情况下，记录指示灯的断开时间，反复测试多次后，发现开关组件中微动开关触点断开时间和断开位置存在较大区别，试验出的最大时差约3 s。按照链条传输速度30.5 mm/s 计算，3 s 的时差相差约90 mm，已经超出设定的2～6 cm 的范围。因此，卸料端开关组件是目前传输小车不稳定表现的主要因素。

2 关键因素分析及论证

根据各组件稳定性分析得出，影响传输小车在卸料端停靠不稳定的关键因素是卸料端开关组件。

开关组件内部结构见图2，开关组件内部传动顺序如下：减速器→件9→件3→件4→件5→件6→件7→件8。

图2 卸料端开关组件内部结构

开关组件从功能结构上主要分成4 部分，分别是传动部分、触发部分、调节部分以及微动开关。其中，调节部分在开关组件中只起调节作用，不影响开关组件的稳定性。

（1）白色齿轮（件3、件4、件5、件6）为传动部分。件9 连接减速器，件3 和件9、件4 和件5 均是同轴传动，为一个整体。件3 和件4、件5 和件6 是齿轮传动，齿轮间隙很小、大小一样。

（2）黄色触发块（件7）与微动开关的触发臂一起构成触发部分。黄色触发块带有渐变式凸轮，触发方式为点对点接触式触发。

（3）调节旋钮（TMING、DEWLL）分别与红色连接件（件1、件2）连接，构成了开关组件触发时间的调节部分。TIMING 旋钮调节件1 的位置，整个行程60 mm。DEWLL 旋钮调节件2 的位置，整个行程30 mm。

（4）微动开关（件8）连接指示灯，反映微动开关触点状态。

2.1 微动开关精度实验

领取5 个新的微动开关，制作一套专用装置反复测量触发和恢复距离。每个开关实验100 次，测试其稳定性，100 次实验中以每20 次为一组，计算平均值，统计结果见图3。

图3 微动开关测试数据（mm）

从图3 可以看出，触发距离和恢复距离基本平稳，且在100 次实验中未发现不触发的现象。因此认为选用的微动开关性能可靠，不是开关组件不稳定的主要原因。

2.2 触发部件精度分析

卸料端开关组件的触发方式是触发块转动过程中，凸轮碰触微动开关触发臂滚轮，往下压缩触发臂，致使微动开关触发（图4）。

图4 卸料端开关触发

根据卸料端开关组件的结构可知，如果是顺时针转动，将是斜面触发滚轮，反之则是直面触发，这两种触发方式姑且称之为渐变式触发和直线式触发，两种触发方式如图5 所示。

图5 触发块斜面和直面

根据安装位置，开关触发方式不同。卸料端开关组件是安装在外侧，在卸料端时的触发方式为渐变式触发。

为了区分渐变式触发和直线触发的区别，在实验装置上分别进行了10 次实验，实验结果：渐变式触发区间为57.25～61.17 s，平均时间为59.607 s，有2.92 s 的波动；直线式触发区间为58.97～60.48 s，平均时间为59.828 s，有1.51 s 的波动。实验结果表明，直线式触发方式较为稳定。

3 解决措施

根据实验分析结果，影响卸料端开关组件不稳定的主要原因是触发块与微动开关触发臂之间接触不稳定，如果能够将渐变式触发方式改为直线式触发方式，会提高卸料端开关组件触发精度。

结合现场实际，将渐变式触发改成直线式触发有两种方法：①将卸料端开关和传输端开关位置互换；②调整卸料端开关内部触发块的方向

2.1 将卸料端开关和传输端开关位置互换

现场安装方式是卸料端开关安装在外侧，传输端开关安装在内侧，如果两者互换就可以实现卸料端开关直线式触发。

（1）优点：实施简单，并且能够实现卸料端开关和传输端开关都能够直线式触发的目的，提高传输小车在2 号链上双向运行的稳定性。

（2）缺点：需要现场设备变更，并修改设计图纸和维修规程，实施周期较长。

2.2 调整卸料端开关内部触发块的方向

将卸料端开关组件的触发块调换方向，可以实现卸料端开关直线式触发。

（1）优点：实施简单，不改变现场布置。

（2）缺点：在更换卸料端开关组件时，需要提前调换触发块；维修规程中调节方法不适用，需要修改。

为了尽快解决问题，决定采取分两步走的方式。第一步，先调整卸料端开关触发块的方向，验证1 年，如果故障频率能够降低到预期值（将卸料端开关调整频率降低到每年1～2 次），进行第二步，将卸料端开关和传输端开关互换位置，实现永久变更。

4 结束语

现已将两个机组的卸料端开关组件的触发块位置调换了方向，到目前为止，已经观察近半年时间，发现传输小车在卸料端停靠位置状况良好。