某核电机组新型堆内构件吊具试验方案设计

某核电机组新型堆内构件吊具试验方案设计

丁磊夏玉娟刘国彪周洪琦

中国核电工程有限公司北京100840

摘要：针对某核电机组全新研制的堆内构件吊具，从操作部件单体操作、功能实现、整体承载及整机可靠性等角度提出了全面的试验验证方案，为该新型堆内构件吊具试验的开展及工程应用的推广提供了技术基础。

关键词：核电、堆内构件吊具、单体试验、功能试验、载荷试验、可靠性

1前言

某核电机组采用全新的堆芯测量技术，堆芯探测仪表从反应堆压力容器顶部贯穿进入堆芯内部，导致堆内构件新增了堆内测量机械结构。堆内测量机械结构主体布置在上部堆内构件上方，每次换料或大修吊装上部堆内构件法兰之前，需先对堆内测量机械结构进行操作，将其提升一定高度并固定。为满足这一全新技术要求，特研制了一套新型堆内构件吊具，由于堆内构件布置在核电站的“心脏”位置，其起吊操作直接关系到反应堆的安全性，且新增堆内测量机械结构操作复杂，因此对全新研制的吊具设计合理的试验方案至关重要。

2设备简介

2.1新增功能要求

除操作起吊上部、下部堆内构件法兰以及反应堆压力容器密封面保护环外，新型堆内构件吊具还要求能操作堆内测量机械结构。换料工况下，需先将堆内测量机械结构提升一定高度，再将堆内测量机械结构与上部堆内构件法兰作为整体吊装至存放位；大修或探测器组件更换时，上部堆内构件整体吊至存放位后，还要求堆内测量机械结构处于提升状态时能与上部堆内构件法兰连接成为一体。

2.2设备组成

新型堆内构件吊具包括主吊具和IGA吊具两大部分，主吊具用于操作上下部堆内构件和密封面保护环，主要包括柱基、下部和中部支撑环、竖梁、起吊拉杆、操作平台、操作装置等；IGA吊具主要包括下部提升筒、上部提升筒、导向支撑柱、操作组件、螺母组件及横梁等。

2.3试验目的

试验主要是为了验证以下内容：整体结构与方案的合理性、加工和组装是否合格、能否满足不同工况的操作功能要求、承载部件能否满足载荷要求及设备整体操作的可靠性等。

3试验方案设计

结合新型堆内构件吊具的结构与操作特点，提出了整体操作部件单体试验、整机组装后分步功能验证试验、整体承载状态下的载荷试验及模拟实际工况操作的可靠性试验方案。

3.1操作部件单体试验

要求所有操作部件在组装前或组装过程中进行试操作，重复试操作次数不少于10次，具体方案如下：

—主吊具操作装置啮合杆及保护环提升吊耳的操作手柄下压与旋转试验，下压及旋转应顺畅无卡滞，旋转到位后锁紧装置锁紧操作应顺畅、牢靠；

—主吊具操作平台护栏高低工位切换时的下放与提升试验，应顺畅无卡滞；

—IGA吊具操作组件勾爪打开与收起试验，应顺畅无卡滞，完全打开后勾爪往外侧偏摆量<2mm，不允许向内侧偏摆；

—IGA吊具操作组件与导向支撑柱连接与脱开试验，应顺畅无卡滞；

—IGA吊具导向支撑柱支耳打开与收起试验，应顺畅无卡滞，打开或收起操作结束时应100%到位；

—IGA吊具上部提升筒和下部提升筒连接与脱开试验，应顺畅可靠；

—IGA吊具提升筒升降操作试验，螺母组件旋转应顺畅无卡滞，螺纹表面不允许出现划伤或咬死现象；

—IGA吊具导向支撑柱整体固定试验，远距离操作梯形螺纹拧紧与松开应顺畅无卡滞。

3.2功能试验

吊具组装完成并在单项操作试验合格后，在空载状态下模拟实际操作过程，按照操作程序完成模拟吊装堆内测量机械结构、上部和下部堆内构件法兰及密封面保护环的操作，操作次数不少于10次。功能试验过程中重点关注以下功能的实现情况：

—主吊具与堆内构件及密封面保护环的啮合功能；

—IGA吊具导向支撑柱脱开与连接功能；

—IGA吊具与IGA的啮合功能；

—IGA吊具导向支撑柱内支耳的打开与收起功能；

—IGA吊具上下部提升筒拆分功能；

—所有的定位和导向功能等。

3.3载荷试验

功能试验合格后，按设计要求进行静载和动载试验，验证吊具的结构强度，静载试验系数1.4，动载试验系数1.2。起吊物模拟件的吊装接口与实际吊装物相同，重量通过调整配重块来确保，且要求保证配重后的模拟件重心在中心位置。

主吊具和IGA吊具各自单独进行静载和动载试验，主吊具包括整体的静载和动载试验、操作平台的静载和动载试验。IGA吊具包括整体的静载和动载试验、导向支撑柱内悬挂支耳的静载试验。

静载试验要求：吊车点动提升，使配重离地面或其他支撑面约200mm，时间持续约1小时。对于导向支撑柱悬挂支耳，静载试验时将导向支撑柱和堆内构件模拟件上的导向支撑柱连接起来，打开支耳后在其上悬挂配重。

动载试验要求：吊车挂起吊物时升降或平移时的速度≤0.5m/min，主吊具动载试验时，将配重提升约11m，再平移重物约10m后返回原处，下降至距支撑面200mm高度，重复进行3次；操作平台动载试验时，吊车将配重提升约4m，再平移重物约15m后返回原处，下降至距支撑面200mm高度，重复进行3次；IGA吊具整体动载试验时，吊车将配重提升约4m，再下降至距支撑面200mm高度，重复进行3次。

如在静载或动载试验过程中，吊具或其他构件发生异响应立即停止试验并检查，判断发出异响的原因，并进行分析和记录。每次载荷试验后，应对销轴、吊环、拉杆等所有重要承载部件和焊接部位进行检查。

3.4可靠性试验

载荷试验合格后，根据吊具吊装操作程序和实际吊装载荷，反复对各模拟吊装物进行试验吊装操作，验证吊装与转运的功能和安全可靠性。

根据工程实际中寿期内的总使用次数，确定试验模拟次数。模拟换料工况下吊装的试验次数为70次，模拟大修需起吊下部堆内构件工况的试验次数为10次，模拟IGA检修工况的试验次数为20次，一个提升和下放的循环为一次。起吊物模拟件的起吊接口及重量与实际运行情况完全一致，吊装路径也与实际运行相同，各工况下的具体试验操作步骤严格按吊具在实际运行时的操作流程执行。

4结语

该新型堆内构件吊具所有操作均由操作人员手动完成，功能要求复杂，且多数操作功能需远距离操作实现，操作可行性、便利性、安全性及可靠性是吊具性能的重要保障。基于操作部件单体操作、整体操作、承载能力和可靠性等多方面考虑，设计合理的试验方案，为新型堆内构件吊具的成功研制及工程实际的推广应用提供了重要的技术基础。

参考文献

[1]GB/T3811-2008起重机设计规范.

[2]广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京：原子能出版社.2004.

[3]黄新东，洪龙.核电换料检修[M].成都：西南交通大学出版社.2013.