摘 要：控制棒抽插力檢測裝置是檢測燃料組件導(dǎo)向管通過性檢查的專用裝置，為確?？刂瓢舫椴辶χ禉z測的準(zhǔn)確性和可靠性，滿足大批量燃料組件抽插力檢測需求，研制新型懸臂式控制棒抽插力檢測裝置。新型懸臂式控制棒抽插力檢測裝置的研制經(jīng)歷了兩個階段：一是主體裝置選型與安裝，二是裝置優(yōu)化與改進。研制的新型懸臂式控制棒抽插力檢測裝置具備檢測精準(zhǔn)、技術(shù)先進、操作便捷、安全可靠等優(yōu)異特性。通過生產(chǎn)實踐運用，證明其完全滿足大批量燃料組件抽插力檢測需求，并取得良好效果，為今后同類設(shè)備的開發(fā)和研制，提供了有效技術(shù)支持和寶貴的制造經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞： 控制棒抽插力;懸臂式起重機;研制;應(yīng)用

引言

在原生產(chǎn)線上，燃料組件制造采用流水式作業(yè)，即組件組裝后，依次進行組件外形檢測，組件吹渣清洗，組件預(yù)檢見證，組件成品入庫等工作，各個生產(chǎn)步驟環(huán)環(huán)相扣、緊密配合。燃料組件所有吊運裝置均采用德馬格KBK柔性懸掛起重機，其吊運使用的柔性梁吊軌呈規(guī)則直線排列，燃料組件吊運入庫，必須經(jīng)過組件抽插力檢測工位。而在生產(chǎn)線總體布局中，抽插力檢測工位空間有限，若沿用原傳統(tǒng)的兩節(jié)式伸縮吊臂的抽插力檢測方式，其伸縮臂勢必會對阻礙燃料組件吊運路線，該方式不適用于新生產(chǎn)線使用。因此，新控制棒抽插力檢測裝置必須重新自主設(shè)計。結(jié)合現(xiàn)有廠房空間結(jié)構(gòu)以及各設(shè)備相互布置情況，參考傳統(tǒng)伸縮吊臂的抽插力檢測裝置測試原理，歷經(jīng)多次方案論證，設(shè)計研制出一套全新的懸臂式抽插力檢測裝置。前期，完成了主體裝置功能安裝調(diào)試，后期又進行了優(yōu)化改進，最終成功研制出懸臂式控制棒抽插力檢測裝置并順利通過設(shè)備驗收及鑒定，正式投入生產(chǎn)使用。

1燃料組件控制棒抽插力檢測簡介

1.1 燃料組件控制棒抽插力檢測

控制棒組件是核反應(yīng)堆控制部件，在正常情況下用它停堆、調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率，在事故情況下依靠它快速下插，致使反應(yīng)堆在極短的時間內(nèi)緊急停堆，確保反應(yīng)堆安全，因此必須保證控制棒組件在燃料組件導(dǎo)向管內(nèi)順利插入或抽出。 控制棒抽插力檢測是燃料組件最終檢查的關(guān)鍵項目，需100%檢測。測試時，觀測并記錄標(biāo)準(zhǔn)控制棒組件插入燃料組件導(dǎo)向管內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力，若此過程摩擦力最大不大于6.7daN，則表明燃料組件控制棒抽插力檢測合格。

1.2傳統(tǒng)燃料組件控制棒抽插力裝置簡介

傳統(tǒng)的燃料組件控制棒抽插力檢測裝置，如圖1示意圖所示。工作原理為：當(dāng)進行燃料組件抽插力檢測時，通過伸縮電機運動，伸縮臂向前伸出，將控制棒組件從懸掛的非工作位置，前移至工作位置，此過程驅(qū)動卷筒電機同時卷動，控制棒組件運動軌跡為“前伸”即向前同時向上?？刂瓢艟_定位后，驅(qū)動卷筒動作，放出鋼絲繩，控制棒組件插入下降，進行抽插力測試。測試完成后，驅(qū)動卷筒卷動鋼絲繩，控制棒組件上升工作位置，此時伸縮電機動作，伸縮臂縮回，同時驅(qū)動卷筒繼續(xù)運動，控制棒組件運動軌跡為“后縮”即向后同時下降。伸縮臂伸縮距離為375mm。

2 新型控制棒抽插力檢測裝置研制

2.1思路及要求

參考傳統(tǒng)的燃料組件控制棒抽插力檢測裝置設(shè)計原理，汲取先進經(jīng)驗，開發(fā)創(chuàng)新，更注重經(jīng)濟實用型。設(shè)計時充分考慮新生產(chǎn)線特有的燃料組件吊運模式，確保燃料組件制造與檢驗工藝流程流暢、簡潔，測試精準(zhǔn)、可靠。

2.2? 前期研制

2.2.1主體裝置研制

1）原有抽插力檢測裝置的適宜性分析

新是全新的燃料組件生產(chǎn)線，具有設(shè)備布局緊密、工藝流程順暢等顯著特點。在各工藝設(shè)備安裝前，依照燃料組件制造流程，事先已將各工序位置進行了規(guī)劃。燃料組件清洗烘干后，直接進行燃料組件預(yù)檢和見證，確保生產(chǎn)效率，減少吊運風(fēng)險。燃料組件吊運方式是通過德馬格柔性梁系統(tǒng)進行吊運傳輸?shù)?，由于生產(chǎn)線的整體布置，若沿用原有組件抽插力檢測裝置結(jié)構(gòu)，該裝置伸縮臂將碰觸德馬格行車，阻礙燃料組件的吊運順暢傳輸。因此原有組件抽插力裝置不適用新生產(chǎn)線，抽插力裝置主體結(jié)構(gòu)必須重新研制。

2）主體裝置選型

針對生產(chǎn)線布置需要，結(jié)合具體預(yù)留空間范圍，通過廣泛調(diào)研，多方考察論證，確定直接購買懸臂式起重機作為抽插力裝置的主體測試裝置。懸臂式起重機是新一代輕型吊裝設(shè)備，其環(huán)鏈電動葫蘆尤其適用于短距離，使用頻繁，密集性吊運作業(yè)，具有高效、節(jié)能、占地面積小，易于操作與維修，確保生產(chǎn)線暢通等特點。當(dāng)工作時，通過懸臂將標(biāo)準(zhǔn)控制棒旋轉(zhuǎn)吊運至燃料組件檢測位置，非工作時，將標(biāo)準(zhǔn)控制棒組件旋轉(zhuǎn)至安全位置，可有效地避讓燃料組件吊運路線。

直接購買懸臂式起重機比自主設(shè)計制造懸臂式起升裝置更經(jīng)濟、更可靠，時間周期更短，可通過后期進一步優(yōu)化改進，確保其滿足測試要求。

2.2.2 組件保護框架部件設(shè)計

組件保護框是燃料組件精確定位到待測位置的重要保證，更確保了燃料組件在整個抽插力檢測過程中的產(chǎn)品安全。組件保護框架部件主要由保護框架與支撐座構(gòu)成（見圖2）。支撐座由4塊鋼板拼裝焊接而成，作為保護框架的支撐定位構(gòu)件，其可根據(jù)生產(chǎn)實際情況，調(diào)整保護框架的高低。

2.2.3 地坑底座部件設(shè)計

控制棒抽插力檢測裝置地坑底座部件由滑軌、底板、支撐座、底座、照明裝置、導(dǎo)向框等組成?？蓾M足測量AFA3G燃料組件和AFA3GLE燃料組件兩種類型的燃料組件。通過推動滑軌上的不同底座至指定位置，實現(xiàn)相應(yīng)類型燃料組件的抽插力測試。具體示意圖見3。

2.2.4 防護欄的設(shè)計

為保證抽插力檢測時，人員與產(chǎn)品的安全，更確保人員近距離觀察檢測，設(shè)計制作防護欄桿。護欄欄桿由三塊不銹鋼支架組成，相互間用掛鉤連接，呈向內(nèi)傾斜一定角度的狀態(tài)。

2.2.5 雙工位檢測設(shè)計

燃料組件外觀檢查是燃料組件最終檢查驗收的重要項目，設(shè)計專用燃料組件外觀檢查工位，既方便檢驗人員、用戶代表檢查組件外表面，又不影響燃料組件抽插力檢測工作，可提高檢測質(zhì)量與檢測效率。

2.3 裝置改造與優(yōu)化

采購立柱式懸臂起重機，可通過立柱上旋轉(zhuǎn)開關(guān)控制懸臂旋轉(zhuǎn)，通過一個手電門，來控制電葫蘆帶動標(biāo)準(zhǔn)控制棒上升、下降，其旋轉(zhuǎn)定位精度、升降速度控制、裝置操作的安全簡潔性等方面存在不足。為此需對其進行優(yōu)化和改造。

2.3.1 懸臂定位的改造

為保證裝置懸臂工作時能精確旋轉(zhuǎn)定位， 設(shè)計增加電氣及機械限位雙重的限位裝置。懸臂旋轉(zhuǎn)至工作位置，先觸碰電氣限位，當(dāng)速度降低到接近于零時由電磁式限位吸合，達到精確定位，防止懸臂竄動，實現(xiàn)穩(wěn)定、精確定位。

電氣限位器由限位開關(guān)和帶坡度擋塊組成，限位開關(guān)接觸擋塊后，慢慢減速。電磁式機械限位器由擋板、固定板及電磁鐵組成。擋板固定在帶滑槽的固定板上，可根據(jù)現(xiàn)場實際工序位置調(diào)整，固定板焊接在立柱上。

2.3.2懸臂電機的改進

1）更換原有懸臂電機，由單速電機更改為變頻電機，使其可在調(diào)速范圍內(nèi)可任意調(diào)速，而且電機不易損壞，實現(xiàn)整個懸臂平穩(wěn)運行。

2）增加ABB變頻器

通過增加ABB變頻器，實現(xiàn)對懸臂旋轉(zhuǎn)速度實現(xiàn)精準(zhǔn)控制

2.3.3電葫蘆的改進

1）電葫蘆限位開關(guān)的改進

增加德馬格DGS外置限位開關(guān)，限位器分為4檔可調(diào)限位實現(xiàn)電葫蘆起升、下降，由快速到到慢速、慢速到零，為一級限位器。電葫蘆自帶德馬格DC升降限位開關(guān)，當(dāng)一級限位器失靈情況下，提供安全的二級限位。

2）葫蘆速度的改進

選用三檔選擇開關(guān)實現(xiàn)速度的選擇，三檔速度分別為停止、快速（4m/min）、慢速（2m/min），手動和自動狀態(tài)下的工作速度由選擇開關(guān)控制，當(dāng)速度選擇開關(guān)為停止時，不能進行升降操作，做到手動與自動調(diào)節(jié)速度并實現(xiàn)自鎖。

①增加ABB變頻器

通過增加ABB變頻器，實現(xiàn)對葫蘆速度實現(xiàn)精準(zhǔn)控制?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)變頻器參數(shù)實現(xiàn)葫蘆起降速度0.08～8m/min區(qū)間內(nèi)速度更改。

②增加電動葫蘆限位裝置

加工固定裝置，將電動葫蘆在懸臂工字鋼上牢固固定，限制其左右運動，確保懸臂旋轉(zhuǎn)到位后，電動葫蘆一次對正工作位置。

2.3.4 電控柜的設(shè)計

采購的懸臂起重機采用手電門操作，操作不便，控制項不足，需增加立式電控柜，完善控制系統(tǒng)，替代原有手電門?？刂乒窨赏瓿煽刂瓢舫椴辶z測的所有控制操作，并具備抽插力值數(shù)據(jù)的實時顯示、存儲等功能，實現(xiàn)人機一體化工作站。

3 裝置精度驗證

傳統(tǒng)控制棒抽插力重復(fù)定位要求：升縮臂前后偏差：≤1mm，左右偏差：≤1mm。

制作與控制棒組件相同長度的線錘，將線錘固定在電動葫蘆鏈條的末端，在抽插力保護框架工作中心確定一個1mm的圓，通過10次反復(fù)懸臂前進后退，用放大鏡仔細觀察，真實記錄每次線錘頂尖的接觸的實際值，實測值顯示，懸臂重復(fù)定位控制在0.5mm內(nèi)。

用相同控制棒組件、相同燃料組件分別在原控制棒抽插力檢測裝置與新懸臂式控制棒抽插力檢查裝置上各進行了連續(xù)6次的抽插力測量，將所測試的抽插力結(jié)果進行F檢驗。具體檢驗內(nèi)容和數(shù)據(jù)分析以及結(jié)論如下：

F值

4 應(yīng)用

新型懸臂式控制棒抽插力檢測裝置順利通過設(shè)備驗收及設(shè)備合格性鑒定，完成整個生產(chǎn)線聯(lián)動調(diào)試試車，正式投入批量生產(chǎn)。至今，使用新型懸臂式控制棒抽插力檢測裝置為陽江、寧德、嶺澳、紅沿河、防城港、大亞灣等核電站共計5200余組的燃料組件進行了的控制棒抽插力檢測工作，所有測試結(jié)果全部合格，確保了燃料組件的及時發(fā)運、順利交付，得到了用戶們的一致肯定。新懸臂式控制棒抽插力檢測裝置定位精準(zhǔn)、測試可靠，能真實反映了燃料組件質(zhì)量水平， 其裝置測試模式，可應(yīng)用到同等測試條件下的燃料組件抽插力測試中。

新懸臂式控制棒抽插力檢測裝置技術(shù)先進、測試精準(zhǔn)、質(zhì)量穩(wěn)定、安全可靠、操作便捷、維護簡單、外觀美觀。其研制成功及有效應(yīng)用，提升了企業(yè)核心競爭力，樹立了企業(yè)良好形象，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的效益。

5創(chuàng)新性

充分考慮新生產(chǎn)線空間有限、設(shè)備布局緊密、產(chǎn)品吊運路線既定的等特點，開發(fā)創(chuàng)新、巧妙設(shè)計，研發(fā)懸臂式起吊控制棒組件裝置，通過懸臂旋轉(zhuǎn)，確保燃料組件吊運路線通暢，達到生產(chǎn)制造流程及節(jié)奏流暢、緊湊的效果。

設(shè)計多功能地坑底座，可通過快速轉(zhuǎn)化地坑內(nèi)底座，滿足檢測AFA3G與AFA3GLE兩種類型組件控制棒抽插力的功能，拓展了檢測裝置的使用性。

檢測裝置中懸臂采用電氣與機械相結(jié)合，最終依靠電磁鐵穩(wěn)定吸合的創(chuàng)新性定位模式，防止懸臂旋轉(zhuǎn)到位發(fā)生竄動，確保懸臂下控制棒的定位精準(zhǔn)，重復(fù)性佳。

具實現(xiàn)雙工位檢測功能，一個地坑工位進行燃料組件抽插力檢測，另一地坑工位用于燃料組件外觀預(yù)檢或終檢，有效地將抽插力檢測和組件外觀檢查的兩項檢查分開并可同時進行，確保各檢測項目檢查更細致、更準(zhǔn)確，且提高檢測效率。

6 結(jié)論

①新型懸臂式控制棒抽插力檢測裝置的成功研制，滿足了新生產(chǎn)線燃料組件產(chǎn)品檢測的需要，并成功應(yīng)用于燃料組件的批量檢測。

②新型懸臂式控制棒抽插力檢測裝置，在檢測精度、人員操作、安全防護等方面具有一定的先進性，有利于燃料組件抽插力檢測水平地提升。

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