核电厂倾翻机水液压技术研究.pdf

2 0 1 2年 8月 第 4 0卷 第 1 6期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS Au g ．2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 1 6 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 6 ． 0 2 7 核 电厂倾翻机水液压技术研究 贺小明，朱雪锋 ，潘宣军，奚梅英 ，郑崇裕 上海核工程研究设计院，上海 2 0 0 2 3 3 摘要倾翻机是核电厂装换料系统的关键设备之一，它基于水液压传动，实现燃料篮在屏蔽水层下的平稳翻转到位， 足核电厂中的一种特殊机械设备。介绍核电厂倾翻机的功能和结构，并分析倾翻机的材料要求 、水液压系统设计、质量保 证 、安装调试及载荷试验等多项关键技术，为核电厂其他设备的设计、制造、安装及调试提供了参考。 关键词核电厂；倾翻机 ；水液压传动 中图分类号T H 6 9 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 6 0 8 0 3 Re s e a r c h o n W a t e r Hy d r a u l i c s Te c h no l o g y o f Nuc l e a r Po we r Pl a n t Up e nd e r H E X i a o m i n g ， Z H U X u e f e n g ， P A N X u a n j u n ，X I Me i y i n g ， Z H E N G C h o n g y u S h a n g h a i N u c l e a r E n g i n e e r i n g R e s e a r c h a n d D e s i g n I n s t i t u t e ，S h a n g h a i 2 0 0 2 3 3 ，C h i n a Ab s t r ac t Up e n de r i s a k e y e qu i pme n t o f nu c l e a r p o we r p l a n t f u e l h a nd l i n g a n d r e f ue l i ng s y s t e m i n whi c h wa t e r h yd r a u l i c t r a n s - mi s s i o n i s u s e d t o r o t a t e f u e l b a s k e t s mo o t h l y t o r e q u i r e d p o s i t i o n s u n d e r s h i e l d wa t e r l a y e r ．I t i s a s p e c i a l me c h a n i c a l e q u i p me n t i n n u - c l e a r p o w e r p l a n t ．A n u c l e a r p o we r p l a n t u p e n d e r ’ S f u n c t i o n a n d s t r u c t u r e w e r e i n t r o d u c e d， a n d s e v e r a l k e y t e c h n o l o g i e s t o d e s i g n a n u c l e a r p o we r p l a n t u p e n d e r w e r e s t u d i e d，s u c h a s ma t e ri a l r e q u i r e me n t s ，w a t e r h y d r a u l i c s y s t e m d e s i gn ，q u a l i t y a s s u r an c e ，i n s t a l l a t i o n a n d l o a d t e s t ，e t c ． F h e s e p r o v i d e r e f e r e n c e f o r d e s i g n，ma n u f a c t u r e ，i n s t a l l a t i o n a n d t e s t o f o t h e r e q u i p me n t s i n n u c l e a r p o we r p l a n t ． Ke y wor d sNuc l e a r p o we r p l a n t ；Up e nd e r ；W a t e r h y dr a ul i c t r a n s mi s s i o n 核电厂停堆换料时 ，为了保证燃料装卸设备操作 人员接受 的剂量率小于规定的数值 ，核 电厂装换料操 作必须在一定深度的屏蔽水层下面进行。倾翻机是核 电厂重要的装换料设备之一，它依靠液压动力使到位 的运输小 车的燃料 篮在屏蔽水 层下实 现平稳 的翻转 。 为了不污染换料水池 ，倾翻机不能使用传统的矿物油 作 为液压 传动介 质 ，而必须采用水液压 。 水液压是以天然淡水 、海水 、 自来水或去离子水 等代替矿物油作为液压系统工作介质的技 。 ’ ，它 具有 环保 、安全 、经济 、响应 快 、压 力损 失小 等 优 点 ，因此成为液压技术发展 的新方 向之一 ，并 已 经成功地应用于食品 、采矿 、冶炼 、海洋开发 、造纸 等行业 。作者将水液压 技术应 用于核 电厂倾 翻机 ， 并介绍 了倾翻机设计 的多项关键技术。 1 倾翻机功能及结构 1 ． 1 倾 翻机 功能 核电厂倾翻机用于装换料过程中，它将到位的运 输小车 的燃料篮 平稳 地从 垂直 或水 平 状 态倾 翻 到水平 或垂 直 状态 。在完成 接 收或卸去 燃料 组 件后倾 翻成水平 ，以满足水下运输小车在反应堆 厂房 与燃料 厂房之间完成燃料组件水下水平状态运输的要 求。倾 翻机位于燃料 厂房 和反应堆厂房 中，它的基 本 操作是完成水 下倾 翻架 在垂 直状 态 和水平 状 态 间的 9 0 。 倾翻动作。 1 ． 2倾 翻机 结构 在反应堆厂房和燃料厂 房 中各 设置一 台倾 翻机 ， 如图 1 所示。反应堆厂房 的倾翻机单机控制设备 与控 制棒与 阻力塞抽插机的控制箱合用一 台，安装于反应 堆厂房操作平面。燃料厂房的倾翻机的控制设备与运 输小车的控制箱合用一 台，安装 于燃料 厂房 的操作平 面 。 图 1 某核电厂倾翻机 倾 翻机 主要 由倾翻缸 、倾翻架 、小 车轨道 、倾 翻 收稿 日期 2 0 1 2 0 11 6 作者简介 贺小 明 1 9 8 1 一 ，男，博士，目前主要从事核电厂设备的工程设计和科研工作。Em a i l h e x i a o m i n g 1 2 6 ．c o mo 第 l 6期 贺小明 等核电厂倾翻机水液压技术研究 8 1 到位开关 、定 位 缸 、液 压 泵 站 和 电 气设 备等 组 成 ， 燃料厂房倾翻机主要结构如图 2所示，各部件功能 见表 1 。 图2 某核电厂燃料厂房倾翻机主要部件 表 1 倾翻机主要部件功能 名称 功能 倾翻架 液压泵站 小 车轨道 倾翻到位 开关 定位缸 当运输小车运行到倾翻位置时， 倾翻架通 过液压缸倾翻燃料篮 液压泵站为倾翻架的液压缸和小车定位 缸提供动力及控制 用于承载运输小车， 包括反应堆厂房轨道 和燃料厂房轨道 用于燃料厂房、 反应堆厂房倾翻架垂直、 水平状态的控制 当小车到达倾翻位置时， 定位插销插入， 防止小车在燃料篮倾翻过程中发生水平 位移 电气设备 运动控制， 联锁信号控制 2倾翻机水液压技术分析 ’ 由于核电厂环境的特殊性，设备设计考虑的因素 较多，需满足一系列特定的标准、规范要求，以保证 设备运行 的安全可靠性 。 2 ． 1使 用环境 及 工况 在核电厂停堆换料时，倾翻机水下部分浸于硼的 质量分数为 2 0 0 0 x 1 0 的去离子水 中 ，水深约 1 0 m， 水温不大于 5 0℃ 。 控制设 备所处 环境温度 不大 于 3 6℃ ，相对湿 度 不大于 8 5 ％。在核 电厂反应堆运行时，倾翻部分不 浸水 ，全部设备所处环境温度不大于4 9℃，相对湿 度不 大于 8 5 ％ 。 倾翻机水下部分的任何零部件，不得使用任何润 滑油 、润滑脂等 。 2 ． 2 设计材料要求 倾翻机分为水下和水上二部分，水下部分的材料 为不锈钢 ，水上部分的材料为碳钢 和不锈钢 等。其他 材料的使用应满足设计规范书、相关标准的要求。同 时，材料的采购验收应符合相应的标准。 2 ． 3水 液压 系统设计 核电厂设备设计通过冗余设计或多重保护设计来 保证设备运行的安全可靠性，倾翻机的液压系统设计 正是基于该思想 ，其原 理图如 图 3 所示 。倾 翻机 的倾 翻动作 由双液压 缸 1 3完成 ，保 证在一个 液压 缸失效 的情况下 ，另一个液压缸仍能完成倾翻 ；设 置了多重 压力保护 ，除了有溢流阀 2外 ，还有压力继 电器 3的 保护，确保了故障工况下的系统安全性；液压缸的设 计采用双入 口、双出 口设计 ，并采用单 向阀 9并联调 速阀 1 0 ，使倾翻机实现了倾翻开始慢速、倾翻中间 快速、倾翻结束慢速 的 “ 慢 一快 一慢”倾翻过 程， 既能保证倾翻效率，又能保护燃料篮 中的燃料组件 ； 管路出口处安装定压背压阀 1 6 ，能够有效防止液压 介质倒流。 阀 图3 倾翻机液压原理图 3倾翻机水液压试验 3 ． 1 设计质量保证 倾翻机 的制造厂应按相关质量 大纲 中质量保 证 一 的规定 ，编制制造质 量计 划 ，并在制造过程 中 严格执行。倾翻机制造过程中应设置质量控制点，质 控点至少应包括 液压缸 、回转架 的焊接 、组装 ；液 压 系统安装 、运转试 验 ；液压 泵空 载试验 ；液压缸 、 回转架 的运行试验 ；电气控制柜通 电试验 ；出厂性 能 8 2 机床与液压 第4 0卷 试 验。 ， 3 ． 2 倾翻机 水 液压 系统安 装和调 试 倾翻机水液压系统的安装、调试，应满足以下要 求 1 倾翻机安装工作必须在清洁、无尘 的室内 进行 。 2 各液压元件来货应包装，封装完整。如拆 封时发现封装包装损坏 ，则必须将该元件拆开，清洗 后才能安装到系统中。 3 用蒸馏水对 阀板、水箱和各接管、管接头 等进行严格清洗 ，对孔径小的阀板口接管等 ，可用压 力水和压缩空气轮番清洗。 4 安装后 ，系统首先进行正常循环 ，然后再 进行清洗循环。清洗时要不断敲打，振动管子，以加 速脏物的脱落。 5 清洗后更换水 ，更换滤 清器芯子 。 6 所有管子的接头不得有渗漏现象。 7 整个泵站安装要求水平上平面倾斜度要满 足规定要 求 ，可在安装 时在 4个地脚螺钉处加垫片。 8 安装 回水管插入到箱底，防止水箱低水位 时回水管口露出水面，以至空气和气泡进入水系统和 执行机构 回水管。 9 各控制阀门及滤清器等元件安装时注意进 出 口的方 向 ，避免接错 。 1 0 工作介质为去离子水加高水基添加剂 防 腐增稠和润滑要求 ，加入比例按规定添加。 1 1 溢流阀和压力继电器的压力设定值可分为 两种工况 正常运行和故障工况。正常运行时，溢流 阀的压力 根据 能正常倾翻带 载燃 料组件 调试值确 定 ， 并设定故障工况下的压力值。压力继电器的压力设定 值 在上 述两种 工况下 均调整 到压力设 定值 的 1 ． 0 5～ 1 ． 1 倍 。 1 2 其他各阀的安装和压力调整可参照液压元 件使用说明书要求进行。 3 ． 3 倾翻 机 水液压 系统载荷 试验 1 空 载运行 倾翻机在完成安装调整，并且已完成 目测试验和 几何尺寸检验后，可进行与运输小车、运输通道的联 动试验 。联动试验前 ，运输小车 已完成单 机调试 。空 载试运行试验包括液压系统试验及倾翻试验；测试 插拔销开关 ；倾翻到位开关 ，包括燃料厂房和反应堆 厂房共4个开关。试运行正常后，液压系统运行稳 定，倾翻动作平稳，到位开关动作准确，液压系统无 泄漏，重复定位准确。 2 带载运行 对运输小车燃料 篮带 载模 拟组件包括 内插 件 可采用阻力塞组件作无水模拟试验。带载运行试 验包括 在额定负荷下节流 阀和调 速阀全开 ，液压缸 以一定速度往复多次 ；在额定压力下将活塞停于液压 缸一端保压规定时间，活塞不得有泄漏；在额定载荷 下液压缸以不低于设定的速度运行规定次数，运行时 各节流阀和调速 阀打开 ，活塞不得有泄漏 ；活塞停于 行程终端，以规定压力保压一定时间，不得有外部漏 水及永久变形等现象。 4 结束语 倾翻机是核电厂装换料系统的重要设备 ，文中对 某核电厂倾 翻机 的材料要求 、水液压系统设计 、质量 保证 、安装调试及载荷试验等多项关键技 术进行 了分 析和探讨。相关设计方法可用于核电厂其他设备的设 计 ，为后续大型先进压水堆核电站重大专项中相关设 备的设计、制造及安装调试提供了参考。 参考文献 【 1 】杨华勇， 周华， 路甬祥． 水液压技术的研究现状与发展趋 势[ J ] ． 中国机械工程， 2 0 0 0， 1 1 1 2 1 4 3 01 4 3 3 ． 【 2 】杨华勇， 周华． 纯水液压传动技术的若干关键问题 [ J ] ． 机械工程学报， 2 0 0 2 ， 3 8 9 61 0 0 ． 【 3 】 杨华勇， 弓永军 ， 周华． 纯水液压控制阀研究进展[ J ] ． 中国机械工程， 2 0 0 4 ， 1 5 1 5 1 4 0 01 4 0 4 ． 【 4 】张亚昆， 苏欣平 ， 刘欢， 等． 纯水液压系统在反铲挖泥船 中的应用[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 9 2 6 1 6 3 ． 【 5 】王东， 周棣． 水介质液压系统关键技术的分析[ J ] ． 流体 传动与控制， 2 0 1 0 4 4 8 4 9 ． 世界机床排行榜 沈阳机床集团位居首位 国G a r d n e r 出版公司 “ 金属加工内部报告” M e t a l w o r k i n g I n s i d e r s ’ R e p o 2 0 1 2 年 5 月的 “ 世界金 属加工机床排行榜”显示沈阳机床集团2 0 1 1 年产值 2 7 ．8亿美元 ，位居世界机床企业销售产值第一 位。排名前 2 0位的企业分别是沈阳机床、山崎马扎克、通快、大连机床、天田、小松、G i l d e m e i s t e r 、捷 太格特、森精机、大隈、牧野、舒勒、M A G 、现代威亚、阿奇夏米尔、G r o b 、斗山、I n d e x 、格里森、兄 弟。在排行榜前 2 O名企业中，日本和德国所拥有的企业数和企业总产值均分列第一和第二位，相对其 他国家保持较明显优势。 内容来源中国机床信息网