引言
核电厂主要依靠燃料组件的裂变反应进行发电。当裂变反应进行一段时间后，由于燃料棒中的铀被消耗，燃料组件无法继续满足电厂的功率要求，被从堆芯中取出，变为乏燃料。乏燃料升降斗组件是乏燃料传输系统的重要组成部分，其主要作用是将乏燃料从装卸料机转运至乏燃料水池中，其中每台机组各有一台乏燃料升降斗，用于将乏燃料从空气中转运至乏燃料水池中，保证乏燃料的冷却，升降斗多次出现钢丝绳松驰报警的问题，导致换料过程中断和功能验证失败，影响了正常的换料过程，同时对乏燃料的冷却构成了威胁。
1核电厂机械专业备件特点及保障全流程简析
1.1机械专业备件特点
核电厂机械设备及备件品类杂、数量多，以某CPR1000机组为例，一期2台机备件约7.5万种，机械占75%。设备来源多、采购周期长且有成本控制及库存要求，突发缺陷多而核安全第一的要求需短期内完成处理，备件保障难度大。
1.2机械备件保障流程关键节点
机械维修关注质量及成本，备件流程关键点如下：第一，需求提出：明确工作范围和技术要求（规范、标准、过程控制、试验、检查、验收要求等）；第二，合同签署：达成技术一致，现场需求信息传递到供货方；第三，制造及监造：供货方按技术要求实施生产，电厂见证及质量控制；第四，到货验收：入库前质量控制关键
2乏燃料运输船基本信息
乏燃料运输船是一艘国内远海航区，以载运INF3级乏燃料为主要功能的多用途货船。作为国内首制的核废料运输船，需要满足相关要求。乏燃料系指子反应堆堆芯内受过辐照并从堆芯永久卸出的核燃料。核燃料在进行链式反应后成为乏燃料，提取其有用成分后可重新制成核反应堆可用的燃料。结合快堆技术，可将铀资源的利用率提升约60倍，并大幅减少需处理的废物量。在核燃料闭式循环中，将乏燃料从核电站安全、有效地运输至后处理设施，是确保核电安全运行、保障后处理设施正常生产的关键一环。乏燃料在自然冷却后会存储在特制的运输容器中，这种存储容器简称为“货包”。货包需符合《放射性物品安全运输规程》(GB11806—2019)的要求，具有耐高温、高压、防辐射、防水、防碰撞等特点。该项目货舱按照运载NAC-STC型货包设计。每个货包可装载20或26个乏燃料组件，运输状态下货包的质量为121．4t，货包源项基于表面2m处剂量率水平为0．1mSv/h。
3核电厂乏燃料升降斗驱动失效原因分析及对策
3.1矩限制器故障的原因及对策
乏燃料升降斗力矩限制器的功能是升降斗上升过程中设定限值力矩，在升降斗上升过程中驱动力矩过大时打滑，以保护驱动电机。因此从维修来看，仅定期检查力矩限制器力矩是不够的，还要检查力矩限制器内摩擦片的情况，才能保证力矩限制器设定的力矩稳定，避免出现力矩限制器设定的力矩变小的情况。结合多年的运行和维修经验、工作内容和工作地点、设备运行情况，确定与乏燃料升降斗刹车解体采用同样的周期，每8年做一次力矩限制器内摩擦片解体检查。
3.2升降斗驱动力矩过大原因及对策
乏燃料升降斗导向轨道分为斜线段、曲线段、竖直段3个部分，升降斗在这3个部分由电机驱动时的力矩称为升降斗的驱动力矩。对于机组升降斗驱动失效的原因统计可以发现，升降斗驱动失效大部分原因是升降斗的驱动力矩过大，导致卷扬机钢丝绳松弛报警或者力矩限制器打滑。根据多次故障现象和检修经验得出，升降斗驱动力矩超标的原因有：①升降斗滚轮磨损；②升降斗滚轮与轴之间卡涩；③升降斗上滚轮支架卡涩。
3.3升降斗滚轮磨损原因及对策
升降斗滚轮磨损的直接原因是滚轮磨损导致与轨道的接触面积增加，摩擦力阻力增加，而间隙增加导致升降斗倾斜度增加，导致升降斗运行阻力增加，两个互相作用最终导致升降斗下降失效。根本原因是缺乏有效的预防性维修，未能及时发现并解决问题，因为间隙测量设定只是一个过程标准，升降斗运行力矩的大小才是最终的验收标准，而运行力矩的大小是由滚轮的状态及与轨道的间隙决定的。应对策略：预防性维修添加了升降斗滚轮间隙标准。圆轨道铜轮：对滚轮外径小于69.20mm的圆轨道滚轮进行更换；角轨道滚轮：对滚轮外径小于63.00mm的角轨道滚轮进行更换。
3.4升降斗滚轮与轴之间卡涩原因及对策
维修人员将无法转动的滚轮拆下解体后发现滚轮内孔与轴表面有磨损拉毛的现象，原因是升降斗在运行过程中，由于受升降斗组件自身重力影响，滚轮的孔在轴上长期向一侧受力，导致受力不均，加速了磨损和毛刺的形成。而且卸料池房间的特殊性导致房间内灰尘较多，可能有坚硬的异物进入轴与孔之间长期作用形成缺陷。针对以上缺陷，维修人员首先对拉毛的部分进行修复，对于缺陷较深，状态差的直接进行更换。在回装前涂抹防咬剂对其进行保护。
3.5升降斗组件上滚轮支架卡涩原因分析及对策
由于升降斗组件作用的导轨为两条平行轨道，且存在斜线、曲线和直线段3个不同状态，作用在两根轨道上的两组滚轮由一根支架连接，该支架与上滚轮支架间存在可调节的转动副，且上、下两个滚轮支架与滚轮组件之间也存在可调节的转动副，升降斗在轨道上动作时需要不断调节滚轮的状态来达到滚轮在轨道的一个良性受力的目的。在进行乏燃料升降斗滚轮整体更换的工作中，维修人员将升降斗组件整体拆除后，在对升降斗组件各关节部位进行检查时，发现升降斗上滚轮支架与升降斗组件之间的转动副卡死，无法旋转，而且上、下两组滚轮连接轴在滚轮支架上均转动困难，存在卡涩现象。解体后发现转轴与轴套之间以及滚轮轴与滚轮支架之间存在拉毛现象或锈迹。这些部位在升降斗动作时能够随着升降斗位置的变化对滚轮支架进行自动调整，一旦卡涩甚至卡死，升降斗组件在动作时由于受力而发生倾斜，导致轨道上的滚轮受力不均，阻力增大，驱动力矩随之增大，最终导致驱动失效。维修人员对卡涩的部位进行清洁和修复，涂抹少量防咬剂，回装至轨道之后，滚轮支架能够随着位置移动自由转动，升降斗的驱动力矩大幅降低。由于该问题会导致升降斗组件整体发生倾斜，使滚轮受力不均，是导致升降斗驱动力矩在短时间内多次偏大的根本原因，在发生升降斗驱动力矩偏大问题时要着重关注该位置状态，尽早做出处理。
结束语
乏燃料升降斗系统由于运输乏燃料棒时人员无法靠近的特殊性，设备可靠性要求高。通过对缺陷工单的统计分类，总结乏燃料升降斗下降失效的2种故障模式：力矩限制器故障、升降斗驱动力矩过大，对上述故障原因逐一进行分析，并提出相对应预防措施。通过有效的预防性维修，降低乏燃料升降斗驱动失效故障率，提高设备可靠性，避免出现乏燃料棒长期暴露在空气中无法冷却的情况，确保乏燃料棒在传输过程中的安全。
参考文献
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