余桐++李江++武偉讓

摘 要：文章提出一種適用于EPR堆型核電廠蒸汽發(fā)生器泥渣清洗的噴槍工具，安裝于蒸汽發(fā)生器管板二次側(cè)內(nèi)部，通過外置電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式帶動(dòng)連接桿內(nèi)部的傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，利用內(nèi)置錐齒輪將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為特定平面內(nèi)噴頭的周向運(yùn)動(dòng)。同時(shí)根據(jù)EPR堆型蒸汽發(fā)生器傳熱管的排布狀況，設(shè)計(jì)有30度，90度，150度三種指定方向的噴頭體，可與連接桿通過螺栓方式隨意組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)EPR堆型蒸汽發(fā)生器管板二次側(cè)的全方位清洗。

關(guān)鍵詞：泥渣清洗；高壓水清洗；EPR；蒸汽發(fā)生器

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）20-0104-02

1 概述

目前，我國商運(yùn)和投建的核電站大都屬于壓水堆。而蒸汽發(fā)生器作為重要的熱交換設(shè)備，對(duì)于核安全和發(fā)電效率都起著至關(guān)重要的作用。經(jīng)過二十多年全世界對(duì)于蒸汽發(fā)生器的研究，已基本弄清了傳熱管腐蝕的機(jī)理[1]。二次側(cè)管板泥渣沉積是其中重要的原因之一。泥渣沉積會(huì)造成傳熱管材腐蝕，蒸汽壓力下降及運(yùn)行不穩(wěn)定，因此需要定時(shí)對(duì)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)管板進(jìn)行沖洗，以保證核電站的安全運(yùn)行。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外皆開發(fā)有應(yīng)用于不同核電廠堆型的泥渣清洗設(shè)備，如法國SRA SAVAC公司研制的泥渣清洗設(shè)備已經(jīng)在大亞灣核電站成功應(yīng)用十多年，中核武漢核動(dòng)力研究院仿制的同類設(shè)備也已在秦山核電廠得到應(yīng)用?，F(xiàn)在國內(nèi)應(yīng)用最廣的是剛性泥渣清洗工具，其噴頭僅適用于傳熱管為矩形排布的蒸汽發(fā)生器。而已三代機(jī)組普遍采用三角形的傳熱管排布設(shè)計(jì)，現(xiàn)有的工具均不適用。

3 EPR堆型蒸汽發(fā)生器

EPR是歐洲先進(jìn)壓水堆的簡(jiǎn)稱，是法國法馬通公司與西門子公司聯(lián)合開發(fā)的第三代核電堆型。為了增加發(fā)電功率，EPR堆型的蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)提高了其中傳熱管的數(shù)量，排布方式也由正方形排布改為等邊三角形排布。傳熱管間距為27.43mm，外徑為19.28mm。因此通過計(jì)算，每個(gè)方向的可視寬度僅為4.73mm。實(shí)際清洗時(shí)需要對(duì)30、90、150度三個(gè)方向逐一清洗，并要求水射流能夠在每個(gè)方向的垂直平面內(nèi)做一定角度的旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)不同距離和角度的清洗。

4 適用于EPR堆型的噴槍工具設(shè)計(jì)

根據(jù)前文所述，EPR堆型蒸汽發(fā)生器傳熱管的排布十分緊密，并且為了保證對(duì)管板的沖洗效果，需要對(duì)30度，90度，150度三個(gè)方向進(jìn)行沖洗。而此前的噴頭設(shè)計(jì)都局限于適用于90度方向的清洗，根據(jù)實(shí)際的泥渣清洗經(jīng)驗(yàn)，泥渣大多集中在傳熱管冷端和熱端交界處，約90%的泥渣位于中心管廊兩側(cè)約5至10排管間。因此在對(duì)特定角度的傳熱管間進(jìn)行沖洗時(shí)，噴頭還需要在某個(gè)平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)一定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，保證距離中心管廊遠(yuǎn)近的泥渣都能夠被清洗干凈。

4.1 噴頭設(shè)計(jì)方案

為解決此實(shí)際問題，本文提出一種噴槍設(shè)計(jì)方案，用以實(shí)現(xiàn)EPR堆型蒸汽發(fā)生器的清洗工作。

為實(shí)現(xiàn)多角度的沖洗，本方案采用了噴頭和噴槍連接桿分離式模塊設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)有三種噴頭，角度分別為30度、90度、150度。具體作用原理為，噴頭與噴槍連接桿通過螺栓固定，連接桿中的傳動(dòng)軸與噴頭中的旋轉(zhuǎn)軸通過花鍵的方式連接，高壓水通過連接桿與傳動(dòng)軸、噴頭殼體與旋轉(zhuǎn)軸之間的空間進(jìn)入噴頭，并從位于噴頭前端某個(gè)特定方向的噴嘴處噴出（參見圖1）。

其次，為實(shí)現(xiàn)噴頭在特定平面內(nèi)一定角度的旋轉(zhuǎn)，也就是圖1中噴頭需要在A-A界面內(nèi)做0度至90度的旋轉(zhuǎn)，采用法蘭外置電機(jī)并利用錐齒輪副的方式傳動(dòng)以實(shí)現(xiàn)所要求的噴頭旋轉(zhuǎn)，具體的工作原理為：連接桿的傳動(dòng)軸工作時(shí)有外掛于手孔法蘭外的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)噴頭中的旋轉(zhuǎn)軸一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過錐齒輪帶動(dòng)噴頭前端旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)在某一特定方向平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。

4.2 噴槍執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

噴槍連接桿和噴槍進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過手孔法蘭安裝，噴槍進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、步進(jìn)機(jī)構(gòu)、支架、噴桿導(dǎo)向支撐、定位機(jī)構(gòu)、安裝法蘭以及高壓水旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)構(gòu)成。導(dǎo)軌、支架、噴桿導(dǎo)向支撐及定位機(jī)構(gòu)安裝在法蘭上，噴桿步進(jìn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在導(dǎo)軌支架上，噴頭擺動(dòng)機(jī)構(gòu)與高壓旋轉(zhuǎn)接頭安裝在噴桿步進(jìn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上。

噴槍機(jī)構(gòu)的工作原理是：伺服電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)噴槍內(nèi)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴頭內(nèi)的錐齒輪副旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)噴嘴在與噴桿垂直方向軸平面形成特點(diǎn)夾角的另一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)（如圖4所示）。伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)則實(shí)現(xiàn)了噴頭的擺動(dòng)，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)即可實(shí)現(xiàn)噴頭擺動(dòng)角度的變化。

噴桿步進(jìn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)按精密步進(jìn)傳動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)。受核電站蒸汽發(fā)生器房間空間限制，采用分段作業(yè)方式。作業(yè)時(shí)，當(dāng)?shù)谝还?jié)噴桿進(jìn)給量達(dá)到近1m時(shí)，停止作業(yè)，固定并鎖死噴桿，再將高壓水旋轉(zhuǎn)接頭與第一節(jié)噴桿拆開，步進(jìn)機(jī)構(gòu)退回1m，再接上一段1m過渡連接噴桿后，繼續(xù)步進(jìn)作業(yè)。當(dāng)?shù)谝唤嵌葒娚浞较蜃鳂I(yè)完成后，拆下過渡連接噴桿和噴頭，更換另一角度斜射噴頭。當(dāng)兩種斜角度噴射作業(yè)完成后，退出噴桿，更換直角噴射噴頭，完成直角方向作業(yè)。

5 總結(jié)與展望

本文所提出有關(guān)噴頭的設(shè)計(jì)方案通過模塊化設(shè)計(jì)，并通過伺服電機(jī)利用錐齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)噴槍的步進(jìn)和旋轉(zhuǎn)，能夠較好的適應(yīng)EPR堆型蒸汽發(fā)生器的傳熱管排布類型，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)工作的需求。但實(shí)際清洗時(shí)仍不可避免的需要更換噴頭，因此為了在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)能夠降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少受照射劑量，考慮如何讓三種角度的噴頭統(tǒng)一在一個(gè)噴頭上將是下一步重點(diǎn)研究的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁訓(xùn)慎.核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管的腐蝕與防護(hù)[J].腐蝕與防護(hù)，2000（01）.

[2]楊孟嘉，任俊生，周志偉.未來10年核電先進(jìn)堆型介紹[J].國際電力，2004（03）.

[3]丁訓(xùn)慎.核電站蒸汽發(fā)生器的CECIL清洗[J].清洗世界，2005（09）.

[4]董鵬，孫立源，梁創(chuàng)記.高壓水清洗噴嘴、噴頭的選用[J].清洗世界，2013（03）.