反應(yīng)堆壓力容器主螺栓螺母拆裝技術(shù)應(yīng)用

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摘要：反應(yīng)堆壓力容器是整個(gè)核電站的核心設(shè)備，主螺栓和螺母是連接RPV容器法蘭和頂蓋的重要部件，研究了反應(yīng)堆壓力容器主螺栓和螺母的拆、裝技術(shù)，根據(jù)研究結(jié)果設(shè)計(jì)了拆裝工具并進(jìn)行了應(yīng)用，該拆裝工具提高了主螺栓和主螺母的拆、裝效率，有效降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)堆壓力容器；主螺栓；主螺母；拆裝技術(shù)

引言

反應(yīng)堆壓力容器（RPV）是反應(yīng)堆一回路冷卻劑系統(tǒng)的重要承壓邊界，是整個(gè)核電站的核心設(shè)備[1]。主螺栓是連接RPV容器法蘭和頂蓋的重要部件，其在避免核放射性物質(zhì)外逸、保障RPV正常工作方面起著重要作用[2]，為了確保其處于良好的工作狀況，在換料與檢修的過程中需要對(duì)壓力容器的主螺栓進(jìn)行正常拆卸[3]，需要把主螺母從主螺栓上拆除，對(duì)主螺栓和螺母進(jìn)行清洗和檢查，清洗、檢查完成后再將主螺母預(yù)裝到主螺栓上。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)核電廠主螺栓螺母的拆裝主要都是手工拆裝，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、占用的大修時(shí)間長(zhǎng)。為了提高主螺栓螺母的拆裝效率、降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省大修時(shí)間，研究了主螺栓螺母的拆裝技術(shù)，并得到了應(yīng)用。

1問題分析

1.1現(xiàn)有方案介紹

反應(yīng)堆壓力容器主螺栓和螺母從反應(yīng)堆壓力容器上拆下后的狀態(tài)如圖1和圖2所示。主螺母和墊片之間通過螺釘和固定夾連接在一起，然后整體裝在主螺栓上。整個(gè)主螺栓螺母組件豎直或水平放在專用存放架上，然后通過人工手動(dòng)或在螺母上纏繞吊帶，通過拉吊帶驅(qū)動(dòng)螺母組件旋轉(zhuǎn)的方式將主螺母和墊片一起拆下來(lái)，然后將主螺栓螺母放在清洗機(jī)內(nèi)進(jìn)行清洗并對(duì)其進(jìn)行檢查。主螺栓和主螺母清洗完成，經(jīng)檢查主螺栓和主螺母滿足回裝條件后，通過人工手動(dòng)的方式將主螺母組件回裝到主螺栓上。

1.2現(xiàn)有方案不足分析

單個(gè)螺母組件約有30kg，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)反饋及實(shí)際測(cè)試，通過人工手動(dòng)的方式將主螺母組件從主螺栓上拆下或回裝到主螺栓上。2人同時(shí)配合工作拆卸或回裝1個(gè)螺母組件大約需要4min。以國(guó)內(nèi)百萬(wàn)千瓦機(jī)組為例，每個(gè)機(jī)組有56組主螺栓螺母，完全靠人工手動(dòng)操作，工作量大，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度很大，效率比較低，占用時(shí)間長(zhǎng)，不利于縮短核電大修工期。

1.3創(chuàng)新方案設(shè)想

針對(duì)主螺栓螺母在拆裝的過程中可能水平或豎直放置，開發(fā)1套電動(dòng)拆裝工具，利用該工具完成主螺栓螺母的拆卸和回裝，替代現(xiàn)有人工手動(dòng)拆、裝主螺母組件的方式，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高效率。

2現(xiàn)場(chǎng)工作條件及設(shè)計(jì)要求

2.1螺栓螺母拆裝技術(shù)條件

（1）工作環(huán)境。-20℃~+50℃；環(huán)境濕度：100%；輻照水平：需要監(jiān)測(cè)（必要時(shí)做好防護(hù)）。（2）現(xiàn)場(chǎng)操作條件。電源：380V/220V，50Hz；主螺栓存放狀態(tài)：豎直或水平放置在專用存放架上。

2.2設(shè)計(jì)要求

主螺栓螺母拆裝要求拆裝工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局合理，現(xiàn)場(chǎng)操作方便，能夠單人操作；拆裝效率高，完成1個(gè)主螺母組件拆除或回裝的時(shí)間≤2min，取代傳統(tǒng)的通過在螺母上纏繞吊帶的方式拆裝螺母。

3螺母拆裝工具設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）功能目標(biāo)。主螺栓螺母拆裝工具能方便、可靠的安裝在螺母上；工具安裝后能夠可靠地定位；工具安裝、定位后能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)主螺栓螺母的快速拆裝，單個(gè)螺母組件拆除或回裝時(shí)間≤2min；螺母拆裝工具具有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能；工具安裝、定位及工作的過程中不能損傷主螺栓螺母。（2）性能目標(biāo)。主螺栓螺母拆裝工具能夠拆或安裝單個(gè)目所需時(shí)間≤2min；工具的重量≤10kg，方便單人操作。

3.2設(shè)計(jì)方案

主螺栓螺母拆裝工具能夠替代現(xiàn)場(chǎng)操作人員通過手或在螺母上纏繞吊帶通過拉吊帶的方式帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)的方式拆裝螺母。主螺栓螺母拆裝工具主要由基座、轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)、撥齒、齒輪箱、電動(dòng)扳手、蓄電池和操作手柄等組成。主螺栓螺母拆裝工具結(jié)構(gòu)如圖3所示。工具總體結(jié)構(gòu)為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，工作中以電動(dòng)扳手為螺母拆裝工具提供轉(zhuǎn)動(dòng)力矩?；鶠閳A環(huán)形結(jié)構(gòu)；基座內(nèi)安裝有轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)，轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的大小與主螺母的外部尺寸相匹配；轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)上，安裝有3個(gè)撥齒，3個(gè)撥齒的分布接近均勻分布，但具體角度以主螺母外部齒輪結(jié)構(gòu)上的輪齒分布為準(zhǔn)；基座上設(shè)計(jì)有齒輪箱，電動(dòng)扳手固定在齒輪箱上，齒輪箱將電動(dòng)扳手輸出的扭矩傳遞給轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)扳手選擇最大輸出扭矩為14N•m的恒扭矩電動(dòng)扳手，電動(dòng)扳手上的開關(guān)按鈕控制電動(dòng)扳手的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過調(diào)整電動(dòng)扳手的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)螺母拆裝工具的正反轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)電動(dòng)扳手的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)螺母拆裝工具的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；通過調(diào)節(jié)電動(dòng)扳手的輸出力矩實(shí)現(xiàn)螺母拆裝工具力矩的調(diào)節(jié)。方案中電動(dòng)扳手通過蓄電池供電，可避免現(xiàn)場(chǎng)工作中工具拖線的麻煩。工具套在主螺母上，撥齒與主螺母外面的齒輪相嚙合，同時(shí)撥齒上設(shè)計(jì)有1個(gè)軸向定位機(jī)構(gòu)，使工具套在主螺母上以后能夠與螺母組件的端面保持貼合，通過撥齒與主螺母外面齒輪結(jié)構(gòu)的嚙合及與螺母端面的貼合即可實(shí)現(xiàn)工具的定位。工具在主螺母上完成安裝定位后，操作人員一手操作電動(dòng)扳手，通過電動(dòng)扳手帶動(dòng)螺母的旋轉(zhuǎn)；另一只手握住操作手柄，保持工具工作時(shí)的穩(wěn)定，同時(shí)提供拆螺母過程中所需要的反作用力矩?；显O(shè)計(jì)有2個(gè)操作手柄安裝孔，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境和個(gè)人操作習(xí)慣選擇操作手柄的安裝位置。

3.3設(shè)計(jì)計(jì)算

3.3.1主螺母拆裝扭矩計(jì)算主螺母拆、裝時(shí)主螺栓處于豎直狀態(tài)，拆、裝的過程中需要克服螺紋副之間的摩擦力所產(chǎn)生的力矩。為了保證所選電動(dòng)扳手的輸出扭矩能夠滿足主螺母的拆、裝需要，需對(duì)螺母拆、裝所需的力矩進(jìn)行校核計(jì)算。以M155×4mm的螺母為研究對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)（圖4），螺母組件的重量約為30kg，螺母拆、裝過程中無(wú)預(yù)緊力，只有螺母組件自身的重力，因此F=300N，螺紋中徑向d2=152mm，螺紋升角λ=0.47°，螺紋摩擦角ρv=6.585~13°（f為摩擦因數(shù)，無(wú)潤(rùn)滑時(shí)f≈0.1~0.2）。Фmin=154.456。主螺母拆裝過程中所需的扭矩為：取T1=5.45N•m，安全系數(shù)s=2，則設(shè)計(jì)中取T=2T1=10.9N•m

3.3.2拆裝時(shí)間計(jì)算主螺母與主螺栓的旋合段長(zhǎng)度約為175mm（螺栓螺紋段總長(zhǎng)210mm，減去墊圈厚度），該段螺紋規(guī)格為M155×4mm，在拆卸螺母的過程中，螺母每轉(zhuǎn)1圈就上升1個(gè)螺距的長(zhǎng)度，即主螺母上升速度為4mm/r。電動(dòng)扳手輸出轉(zhuǎn)速為300r/min，通過變速箱后傳遞到轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)速為60r/min，螺母上升直線速度為60r/min×4mm/r=240mm/min，理論上螺母完全脫離螺紋段所需時(shí)間為：175/240=0.73min=43.75s。

4試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證主螺栓螺母拆裝工具的設(shè)計(jì)、制造能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)主螺栓螺母拆裝的需要，在主螺栓螺母1∶1的模擬體上，對(duì)主螺母拆裝工具進(jìn)行反復(fù)拆、裝試驗(yàn)（圖5）。試驗(yàn)結(jié)果表明，主螺栓螺母拆裝工具能夠方便、可靠地在主螺母上安裝定位；通過調(diào)整電動(dòng)扳手的旋轉(zhuǎn)方向可以實(shí)現(xiàn)拆裝工具的正反轉(zhuǎn)，拆、裝螺母的過程中未出現(xiàn)力矩不足的現(xiàn)象；將一顆螺母組件從主螺栓上拆下或安裝到主螺栓上，約需要45s。主螺母拆、裝的過程中未出現(xiàn)損壞主螺栓螺母的情況。

5結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)反應(yīng)堆壓力容器主螺栓螺母清洗前后主螺母拆裝的需求，設(shè)計(jì)了主螺栓螺母的拆裝工具，對(duì)拆裝螺母所需扭矩和時(shí)間等進(jìn)行了計(jì)算，通過試驗(yàn)驗(yàn)證主螺栓螺母拆裝工具，能夠?qū)崿F(xiàn)主螺母組件在主螺栓上的快速拆、裝，為降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省大修時(shí)間提供了支持。

參考文獻(xiàn)

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作者：杜林寶 胡卉樺 冷慧玲 李彥賓 單位：中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司