吳中衛(wèi)

摘 要：EPR堆型的三代核電站在設(shè)計(jì)和建造方面，較二代及二代加堆型有了大幅度的優(yōu)化和改進(jìn)，部分核島關(guān)鍵系統(tǒng)的焊縫內(nèi)部需要進(jìn)行打磨。受制于管道管徑空間限制，部分焊縫在人工打磨操作不可達(dá)的情況下，需借助于適用于不同管徑的內(nèi)部焊縫打磨機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作打磨，并在打磨工作完成后，利用專(zhuān)用清潔機(jī)器人完成清掃，保證管道內(nèi)部清潔度。該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)核電站建設(shè)中首次應(yīng)用，機(jī)器人構(gòu)造、應(yīng)用管理、維修維護(hù)及相關(guān)改進(jìn)項(xiàng)方面的研究，對(duì)中國(guó)后續(xù)新建核電機(jī)組的管道施工具有重要意義。

關(guān)鍵詞：管道焊縫；內(nèi)部；打磨機(jī)器人

中圖分類(lèi)號(hào)：TG45 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

三代EPR堆型核電站較二代加壓水堆堆型，在設(shè)計(jì)方面有眾多的技術(shù)優(yōu)化、改進(jìn)。對(duì)于核島關(guān)鍵系統(tǒng)的管道內(nèi)部焊縫打磨工作，在中國(guó)核電項(xiàng)目首次應(yīng)用，無(wú)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。廣東臺(tái)山核電站的打磨機(jī)器人，覆蓋的管道管徑為DN100至DN500的范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)管道內(nèi)部檢查、打磨、清潔。

1 設(shè)計(jì)要求及范圍

EPR核電站RIS（安全注入系統(tǒng)）、VVP（主蒸汽系統(tǒng)）、ARE（主給水系統(tǒng)）、VDA（蒸汽大氣排放系統(tǒng)）、RCP（反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)）、RCV（化學(xué)和容積控制系統(tǒng)）等6個(gè)核島關(guān)鍵系統(tǒng)的部分管道焊縫需要打磨，共277道焊縫。

對(duì)核島管道內(nèi)部焊縫進(jìn)行打磨的主要作用如下：

（1）可最大程度地消除流體對(duì)于內(nèi)部焊縫的沖擊，減少焊縫的應(yīng)力集中，緩解焊縫疲勞，提高關(guān)鍵系統(tǒng)管道的使用壽命；（2）使用打磨機(jī)器人能發(fā)現(xiàn)焊接過(guò)程中造成的缺陷（咬邊、未融合、焊瘤、凹陷、二次融化等），通過(guò)打磨能增加RT（射線(xiàn)探傷）的合格率；（3）焊縫打磨工作結(jié)束后，內(nèi)表面光滑平整，達(dá)到焊縫UT（超聲波檢測(cè)）的要求，在核電站運(yùn)營(yíng)期間可以用UT代替RT（射線(xiàn)探傷），極大地降低在役檢查工作人員的輻照時(shí)間和成本；（4）可以用來(lái)檢查、提高管道內(nèi)部清潔度。

2 打磨機(jī)器人的構(gòu)造

2.1 打磨機(jī)器人

打磨機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分，包括打磨機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)部分、線(xiàn)路集合點(diǎn)。

2.2 清潔機(jī)器人

清潔機(jī)器人的整體構(gòu)造與打磨機(jī)器人類(lèi)似，主要區(qū)別在打磨電機(jī)被帶攝像頭的吸塵軟取代，機(jī)身接入了吸塵器。

清潔機(jī)器人的操作較打磨機(jī)器人省去了定中等步驟，只需爬行至需要到達(dá)的位置，配合顯示器的觀察，吸走管道內(nèi)部的鐵屑和雜物。

2.3 波動(dòng)管專(zhuān)用機(jī)器人

波動(dòng)管專(zhuān)用機(jī)器人的整體構(gòu)造與打磨機(jī)器人類(lèi)似，主要區(qū)別在于機(jī)頭處增加了一個(gè)防異物裝置，可防止打磨碎屑進(jìn)入穩(wěn)壓器。

3 打磨機(jī)器人的應(yīng)用

3.1 打磨準(zhǔn)備

（1）機(jī)器人無(wú)法在管道中爬行超過(guò)兩個(gè)90°彎頭。因此，開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)焊縫的打磨工作前，必須通過(guò)利用Navisworks三維設(shè)計(jì)模型軟件及相關(guān)設(shè)計(jì)信息，合理安排焊縫打磨順序，做好打磨規(guī)劃；（2）打磨機(jī)器人必須配置單獨(dú)的供電線(xiàn)路、配電箱，避免非單獨(dú)供電時(shí)，其他設(shè)備對(duì)機(jī)器人的電磁干擾，以及可能的非正常斷電，對(duì)機(jī)器人造成損傷；（3）打磨機(jī)器人必須配置單獨(dú)的壓縮氣源，避免非正常斷氣時(shí)，機(jī)器人在管道中失去支撐，造成損壞。

3.2 打磨過(guò)程

（1）機(jī)器人在管道中行走時(shí)，遇到彎管時(shí)，需緩慢進(jìn)行，多次調(diào)整，確保機(jī)器人位于最佳姿態(tài)角；（2）每次打磨機(jī)器人退出管道，需檢查機(jī)頭上的每一顆螺絲是否還在原位置。因打磨過(guò)程中，震動(dòng)較大，將可能發(fā)生螺絲脫落進(jìn)入管道的情況；（3）在打磨過(guò)程中，可在管道的管口處，采用風(fēng)機(jī)送風(fēng)，達(dá)到降溫的效果，起到保護(hù)設(shè)備的作用。

4 常見(jiàn)故障排查與維修

在打磨工作過(guò)程中，由于機(jī)器人設(shè)計(jì)缺陷、部件損耗、人員操作不當(dāng)?shù)仍颍瑱C(jī)器人出現(xiàn)一些故障和問(wèn)題，現(xiàn)將部分典型問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)。

4.1 打磨攝像頭模糊

維修方法：調(diào)整攝像頭焦距，檢查整體線(xiàn)路，消除電磁干擾項(xiàng)。原因分析：工作時(shí)震動(dòng)較大，螺釘松動(dòng)導(dǎo)致成像焦距發(fā)生改變。定期排查機(jī)器人電纜線(xiàn)路，對(duì)于存在直接裸露的情況，及時(shí)包裹處理，避免對(duì)攝像頭產(chǎn)生干擾。

4.2 打磨過(guò)程中砂輪片停止旋轉(zhuǎn)操作盤(pán)故障燈亮起

維修方法：關(guān)閉打磨電機(jī)，按變頻器“FN”。故障原因：打磨過(guò)程中“徑向行程”伸出量過(guò)快以至于電機(jī)發(fā)熱產(chǎn)生的自我保護(hù)性停止。

4.3 機(jī)器人本體卡在管道中

故障表現(xiàn)：通過(guò)控制面板上的控制桿操作機(jī)器人，無(wú)法在管道中正常前進(jìn)、后退。維修方法：配合機(jī)尾鋼絲繩運(yùn)用適當(dāng)外力，此時(shí)按外力方向啟動(dòng)前進(jìn)、后退功能，緩慢拉出機(jī)器人。如果此種方法仍然不能取出，必要時(shí)，需要對(duì)所在管道進(jìn)行切口取出。故障原因：管道內(nèi)部不規(guī)則。

4.4 徑向行程運(yùn)動(dòng)不流暢

維修方法：在電機(jī)下方的徑向行程旋轉(zhuǎn)軸導(dǎo)軌處加入潤(rùn)滑油反復(fù)多次運(yùn)動(dòng)。每次更換砂輪片時(shí)，清除灰塵，并加油潤(rùn)滑。故障原因：長(zhǎng)時(shí)間打磨產(chǎn)生的灰塵散落在旋轉(zhuǎn)軸導(dǎo)軌的橡膠密封圈上，使橡膠圈慢慢的碳化時(shí)間長(zhǎng)久后會(huì)脫落，灰塵進(jìn)入零部件內(nèi)阻塞機(jī)械部件的運(yùn)轉(zhuǎn)。加入潤(rùn)滑油會(huì)稀釋黏在內(nèi)部的灰塵，潤(rùn)滑機(jī)械部件。

5 機(jī)器人的改造建議

在核島管道內(nèi)部焊縫的打磨工作中，發(fā)現(xiàn)打磨機(jī)器人部分結(jié)構(gòu)存在設(shè)計(jì)缺陷，是造成設(shè)備易損壞的主要原因。根據(jù)臺(tái)山核電站的施工經(jīng)驗(yàn)，提出以下改進(jìn)建議。

5.1 驅(qū)動(dòng)部分增加備用電池

在機(jī)器人工作過(guò)程中停電會(huì)損害內(nèi)部電子元件，如遇在垂直管道打磨作業(yè)時(shí)突然停電機(jī)器人會(huì)急速下墜會(huì)卡死在彎頭處。為消除突然停電產(chǎn)生的危害建議在驅(qū)動(dòng)部分增加一個(gè)備用鋰電池，在斷電后可以為機(jī)器提供一定時(shí)間的安全停機(jī)時(shí)間。

5.2 需增設(shè)冗余的鋼絲繩

因存在管道卡在管道中無(wú)法取出的風(fēng)險(xiǎn)，必須在機(jī)尾加設(shè)鋼絲繩。在極端工況下，配合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將機(jī)器人從管道中取出。

5.3 打磨機(jī)頭的非電機(jī)部分需減小體積

打磨機(jī)器人在工作一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，機(jī)頭部分棱角部分磕碰嚴(yán)重，屬于在設(shè)計(jì)時(shí)尺寸設(shè)計(jì)過(guò)大造成。建議在后續(xù)時(shí)，改造機(jī)頭非電機(jī)部分的體積。

5.4 打磨機(jī)頭內(nèi)部齒輪帶需重新選型

由于打磨環(huán)境的原因，在機(jī)頭內(nèi)部需選用更高強(qiáng)度的齒輪帶，以滿(mǎn)足機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度作業(yè)要求。臺(tái)山核電站，出現(xiàn)多次齒輪帶斷裂的情況。

結(jié)語(yǔ)

截至2018年4月，臺(tái)山核電站兩臺(tái)機(jī)組所有相關(guān)焊縫的內(nèi)部打磨工作均已完成，在2號(hào)機(jī)組的打磨作業(yè)中，打磨效率、機(jī)器人的維護(hù)保養(yǎng)均較1號(hào)機(jī)組有顯著提升。

臺(tái)山核電站的核島管道內(nèi)部打磨工作具有典型性，在后續(xù)國(guó)內(nèi)自主化設(shè)計(jì)和建造核電站的過(guò)程中，可充分利用該應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且在后續(xù)設(shè)計(jì)打磨機(jī)器人時(shí)，可充分參考臺(tái)山核電站打磨過(guò)程中遇到的疑難雜癥，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

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