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中图分类号：TM623文献标识码：A 文章编号：
1.前 言
在M310堆型核电站PMC系统设备设计中，本人承担了新燃料升降机的设计工作，虽然设计任务重、时间短，但在设计中我们并没有简单的借鉴原有设计图纸，而是在设计过程中不断消化吸收原有设计的一些理念，结合自己的设计工作，在设计过程中进行革新与提升。现就设计过程中的一些体会作一总结。
2.新燃料升降机简述
新燃料升降机是燃料操作与贮存系统（PMC系统）中的一项重要设备，安装在燃料厂房的乏燃料贮存水池靠近新燃料贮存格架的池壁上。其主要功能为与燃料厂房辅助吊车、新燃料组件操作工具、以及乏燃料水池吊车、乏燃料组件操作工具配合，进行新燃料组件运往乏燃料贮存格架过程的操作。
2.1设备功能的必要性
新燃料升降机设计的前提首先要明确设备的功能要求。目的是将新燃料组件从新燃料贮存格架运往乏燃料组件贮存格架，由于乏燃料组件贮存格架位于乏燃料水池底部，燃料厂房辅助吊车与乏燃料水池吊车共用同一轨道，辅助吊车的工作区域只能到达乏燃料水池边处，不能在乏燃料水池上方工作，那么想利用辅助吊车与乏燃料组件操作工具直接完成这一操作是行不通的；虽然水池吊车可以使用整个轨道，可是新燃料操作工具又不能入水，那么想利用水池吊车与新燃料组件操作工具直接完成这一操作也是行不通的。这中间必须有个过渡设备，能够接收新燃料组件，并可以进入水池，再由可在乏燃料水池中使用的乏燃料组件操作工具对新燃料组件进行操作。为满足新燃料升降机的功能，该设备布置在乏燃料贮存水池内，并可以装载新燃料组件在水池内升降。
3.新燃料升降机的设计考虑
HAD102/15设计和安全总原则规定，“由于核燃料含有易裂变物质以及辐照后产生的高放射性的裂变产物，在燃料和其他堆芯部件的装卸和贮存过程中提出了一些极为重要的安全问题，这就是防止意外临界、防止人员和安全设备受到高辐射剂量的照射以及防止放射性物質不可接受的释放”。而装卸和贮存系统的全部设计特点均和这些问题有关。
新燃料升降机的设计不但要满足功能要求，由于该设备在乏燃料贮存水池中进行操作，并且装载着新燃料组件，操作的安全性及可行性是贯穿整个设计需要考虑的核心问题，也是设计的重点。
3.1安全要求的考虑
虽然新燃料升降机是非安全级设备，但在HAD102/15中明确规定了用于装卸和贮存燃料设备设计时，需对安全性进行考虑。
卷扬机是新燃料升降机的主提升机构，也是设计过程中需对安全性要求考虑的重点，作为安全性考虑，在卷扬机的设计中，采用了单一故障保护原则设计，同时还考虑了联锁、限速、旁通、载荷限制及手动操作等安全措施。
考虑万一燃料舱带载情况下失速下降或者坠落，需对新燃料组件做一补充保护，即在燃料舱的底部增加一减震器。减震器是由一个带密封圈的活塞和一个带有二个可调管嘴的液压缸体所组成，它用水作缓冲剂，弹簧为回动元件。用于在升降操作失效的情况下，燃料舱带着液压缸下落至行程的终端，缓冲燃料舱，保护燃料组件及乏燃料水池底部免受过大的冲击。
3.2可行性的考虑
为满足新燃料升降机能够够完成功能要求，其机械设计的依据是各接口参数及机械设计规定。下面就几个设计可行性的考虑进行描述。
M310堆型核电工程燃料组件为AFA-3G型，其外形尺寸为214×214×4060mm。新燃料升降机的燃料舱是用来接纳一个燃料组件的，为满足承载的要求，考虑将燃料舱设计成由4根角钢组成的内截面尺寸为225×225mm的方筒形格架，其有效高度为4260mm，在不同的高度上用板围绕。
在设计时，考虑到燃料舱在轨道内的运行需要平稳、顺畅，即一定要保证导向轨与燃料舱接触面的机加工精度。第一要保证导向轨相对水池底面的垂直度，为此在设计中采用先轨道组装，再进行轨道面的机加工，其中四根槽钢与料舱滚轮接触的部分均机加工掉0.5mm，连接两根槽钢的横档也相应开出深2mm的轨道凹槽；第二要保证轨道面的粗糙度，四根槽钢、连接槽钢的横档机加工部分表面粗糙度要求按6.3设计；连接横档的钢板，也就是燃料舱侧轮沿着导向轨运行的接触面表面粗糙度按6.3设计，以此保证料舱运行顺畅。
4 M310堆型核电站新燃料升降机的设计改进
4.1M310堆型核电站新燃料升降机的设计改进
秦山核电二期工程及扩建工程中，新燃料升降机只操作新燃料组件和可燃毒物组件存放架。而后续M310堆型核电站根据业主的要求对升降机进行了改进，即增加了修复模式、添加模式和检查模式这三种操作模式。
·修复模式
为了便于修复带有可拆卸头部的乏燃料组件，卷扬机在修复模式下，可将装载乏燃料组件的燃料舱上升至水下3m处停止。
·添加模式
在该模式下，从修复模式的停止点（水下3m）起，有可能使燃料舱慢速提升。为了提高安全性，卷扬机配备一个γ探测器，它从修复模式起作为补充的安全装置，以便在剂量率升高到调整阈值时切断电源，阻止乏燃料组件的上升。此模式下应该注意的是，在ALARA原则下，防止操作人员的过量照射。保证在任何操作情况下，操作人员所受的当量剂量率＜2.5×10－5Sv/h，即提升的乏燃料组件至少要在2.5m的水下。
·检查模式
使用时，将水下摄像系统安装在新燃料升降机的燃料舱上，借助于燃料舱的上升与下降进行乏燃料组件的外观检查。因此，在新燃料升降机上相应增加了一个检查模式，在该模式下，可将装有水下摄像系统（不在新燃料升降机设备供货范围之内）的燃料舱在全行程内慢速提升或下降，高速都被闭锁。
以上三种增加的模式，在新燃料升降机的机械结构上并未做何改动，仅仅是就增加功能而相应地增加了辅助设备以及增加了卷扬机的操作模式。
4.2设计过程中的改进想法
新燃料升降机的轨道由两根槽钢背靠背通过横档组焊，轨道用槽钢及横档槽钢规格均为50×50×100，在M310堆型核电站工程设计阶段，由于当时国内标准没有此规格的槽钢，所以设计时采用由三块钢板组焊而成；根据制造厂家反映，现在国内市场已经可以采购的到该规格尺寸的整体槽钢，那么在将来的设计中建议考虑采用整体槽钢，这样既增强了钢结构强度，优化机械性能，同时减少了焊缝数量，降低探伤成本，也降低了由于大量焊接对装配精度的影响。
设计中考虑到由于辅助吊车在操作新燃料组件操作工具下降的过程中没有行程探测功能，即组件是否完成插入动作的判断主要是由辅助吊车的钢丝绳松弛探测及操作新燃料组件操作工具的工人来断定。那么，这其中有一个问题，由于组件高度是4060mm，而燃料舱的有效高度为4260，也就是说，新燃料组件完全插入燃料舱时，组件的上端距燃料舱的上端有200mm的距离。假设当组件插入料舱距舱底还有＜200mm的距离时出现卡阻，也就是说组件不能再往下放了，辅助吊车的钢丝绳探测器发出松弛信号，而操作工人目测到组件上端低于燃料舱上端，由于操作工人操作新燃料组件操作工具时，其视角近乎于垂直燃料舱的舱口，对竖直方向上的距离判断可能会有偏差。如果此时误判断新燃料组件插入完成，进行下一动作，卷扬机执行带载下降。而这期间考虑到有可能发生的事故有，卡阻突然消失或燃料舱跌落。单纯卡阻消失，组件由静止状态自由下坠＜200mm的行程与燃料舱底部相撞，由于距离短，碰撞可能对组件的损坏不会很严重；但如果是燃料舱跌落，而卡阻在跌落过程中消失，那么可以视为在水池中组件由静止状态自由下坠＜7948mm的行程与燃料舱底部相撞，势必会造成新燃料组件的损坏，虽然新燃料组件的破损不会产生放射性的危害，但考虑到组件价格的因素，该事故仍是不可接受的。经以上分析认为，虽然未完全插入这种情况是小概率事件，但需要给予重视。解决办法一种是在辅助吊车上增加行程探测器，保证组件的完全插入，另一种是在新燃料升降机的设计中考虑增加保护，设想在燃料舱内部底板上增加一个减震器，在将来的设计中将对该减震器进行全面的分析设计，其中包括减震器的减震效果分析及由于受空间限制而需要考虑的外形尺寸设计。5.小结
新燃料升降机作为PMC系统的重要设备，在以往的核电工程中已广泛应用，并有着成熟的设计经验，但本着深入思考的设计理念，不能简单抄图设计的原则，通过对设备的理解、通过设备设计中的思考，我们不难看出，该设备还是可以进一步完善的。应业主要求对新燃料升降机的设计改进就是一个很好的例子，通过改进，使其功能更完善，技术更为先进，可靠性及安全性更高。
1.前 言
在M310堆型核电站PMC系统设备设计中，本人承担了新燃料升降机的设计工作，虽然设计任务重、时间短，但在设计中我们并没有简单的借鉴原有设计图纸，而是在设计过程中不断消化吸收原有设计的一些理念，结合自己的设计工作，在设计过程中进行革新与提升。现就设计过程中的一些体会作一总结。
2.新燃料升降机简述
新燃料升降机是燃料操作与贮存系统（PMC系统）中的一项重要设备，安装在燃料厂房的乏燃料贮存水池靠近新燃料贮存格架的池壁上。其主要功能为与燃料厂房辅助吊车、新燃料组件操作工具、以及乏燃料水池吊车、乏燃料组件操作工具配合，进行新燃料组件运往乏燃料贮存格架过程的操作。
2.1设备功能的必要性
新燃料升降机设计的前提首先要明确设备的功能要求。目的是将新燃料组件从新燃料贮存格架运往乏燃料组件贮存格架，由于乏燃料组件贮存格架位于乏燃料水池底部，燃料厂房辅助吊车与乏燃料水池吊车共用同一轨道，辅助吊车的工作区域只能到达乏燃料水池边处，不能在乏燃料水池上方工作，那么想利用辅助吊车与乏燃料组件操作工具直接完成这一操作是行不通的；虽然水池吊车可以使用整个轨道，可是新燃料操作工具又不能入水，那么想利用水池吊车与新燃料组件操作工具直接完成这一操作也是行不通的。这中间必须有个过渡设备，能够接收新燃料组件，并可以进入水池，再由可在乏燃料水池中使用的乏燃料组件操作工具对新燃料组件进行操作。为满足新燃料升降机的功能，该设备布置在乏燃料贮存水池内，并可以装载新燃料组件在水池内升降。
3.新燃料升降机的设计考虑
HAD102/15设计和安全总原则规定，“由于核燃料含有易裂变物质以及辐照后产生的高放射性的裂变产物，在燃料和其他堆芯部件的装卸和贮存过程中提出了一些极为重要的安全问题，这就是防止意外临界、防止人员和安全设备受到高辐射剂量的照射以及防止放射性物質不可接受的释放”。而装卸和贮存系统的全部设计特点均和这些问题有关。
新燃料升降机的设计不但要满足功能要求，由于该设备在乏燃料贮存水池中进行操作，并且装载着新燃料组件，操作的安全性及可行性是贯穿整个设计需要考虑的核心问题，也是设计的重点。
3.1安全要求的考虑
虽然新燃料升降机是非安全级设备，但在HAD102/15中明确规定了用于装卸和贮存燃料设备设计时，需对安全性进行考虑。
卷扬机是新燃料升降机的主提升机构，也是设计过程中需对安全性要求考虑的重点，作为安全性考虑，在卷扬机的设计中，采用了单一故障保护原则设计，同时还考虑了联锁、限速、旁通、载荷限制及手动操作等安全措施。
考虑万一燃料舱带载情况下失速下降或者坠落，需对新燃料组件做一补充保护，即在燃料舱的底部增加一减震器。减震器是由一个带密封圈的活塞和一个带有二个可调管嘴的液压缸体所组成，它用水作缓冲剂，弹簧为回动元件。用于在升降操作失效的情况下，燃料舱带着液压缸下落至行程的终端，缓冲燃料舱，保护燃料组件及乏燃料水池底部免受过大的冲击。
3.2可行性的考虑
为满足新燃料升降机能够够完成功能要求，其机械设计的依据是各接口参数及机械设计规定。下面就几个设计可行性的考虑进行描述。
M310堆型核电工程燃料组件为AFA-3G型，其外形尺寸为214×214×4060mm。新燃料升降机的燃料舱是用来接纳一个燃料组件的，为满足承载的要求，考虑将燃料舱设计成由4根角钢组成的内截面尺寸为225×225mm的方筒形格架，其有效高度为4260mm，在不同的高度上用板围绕。
在设计时，考虑到燃料舱在轨道内的运行需要平稳、顺畅，即一定要保证导向轨与燃料舱接触面的机加工精度。第一要保证导向轨相对水池底面的垂直度，为此在设计中采用先轨道组装，再进行轨道面的机加工，其中四根槽钢与料舱滚轮接触的部分均机加工掉0.5mm，连接两根槽钢的横档也相应开出深2mm的轨道凹槽；第二要保证轨道面的粗糙度，四根槽钢、连接槽钢的横档机加工部分表面粗糙度要求按6.3设计；连接横档的钢板，也就是燃料舱侧轮沿着导向轨运行的接触面表面粗糙度按6.3设计，以此保证料舱运行顺畅。
4 M310堆型核电站新燃料升降机的设计改进
4.1M310堆型核电站新燃料升降机的设计改进
秦山核电二期工程及扩建工程中，新燃料升降机只操作新燃料组件和可燃毒物组件存放架。而后续M310堆型核电站根据业主的要求对升降机进行了改进，即增加了修复模式、添加模式和检查模式这三种操作模式。
·修复模式
为了便于修复带有可拆卸头部的乏燃料组件，卷扬机在修复模式下，可将装载乏燃料组件的燃料舱上升至水下3m处停止。
·添加模式
在该模式下，从修复模式的停止点（水下3m）起，有可能使燃料舱慢速提升。为了提高安全性，卷扬机配备一个γ探测器，它从修复模式起作为补充的安全装置，以便在剂量率升高到调整阈值时切断电源，阻止乏燃料组件的上升。此模式下应该注意的是，在ALARA原则下，防止操作人员的过量照射。保证在任何操作情况下，操作人员所受的当量剂量率＜2.5×10－5Sv/h，即提升的乏燃料组件至少要在2.5m的水下。
·检查模式
使用时，将水下摄像系统安装在新燃料升降机的燃料舱上，借助于燃料舱的上升与下降进行乏燃料组件的外观检查。因此，在新燃料升降机上相应增加了一个检查模式，在该模式下，可将装有水下摄像系统（不在新燃料升降机设备供货范围之内）的燃料舱在全行程内慢速提升或下降，高速都被闭锁。
以上三种增加的模式，在新燃料升降机的机械结构上并未做何改动，仅仅是就增加功能而相应地增加了辅助设备以及增加了卷扬机的操作模式。
4.2设计过程中的改进想法
新燃料升降机的轨道由两根槽钢背靠背通过横档组焊，轨道用槽钢及横档槽钢规格均为50×50×100，在M310堆型核电站工程设计阶段，由于当时国内标准没有此规格的槽钢，所以设计时采用由三块钢板组焊而成；根据制造厂家反映，现在国内市场已经可以采购的到该规格尺寸的整体槽钢，那么在将来的设计中建议考虑采用整体槽钢，这样既增强了钢结构强度，优化机械性能，同时减少了焊缝数量，降低探伤成本，也降低了由于大量焊接对装配精度的影响。
设计中考虑到由于辅助吊车在操作新燃料组件操作工具下降的过程中没有行程探测功能，即组件是否完成插入动作的判断主要是由辅助吊车的钢丝绳松弛探测及操作新燃料组件操作工具的工人来断定。那么，这其中有一个问题，由于组件高度是4060mm，而燃料舱的有效高度为4260，也就是说，新燃料组件完全插入燃料舱时，组件的上端距燃料舱的上端有200mm的距离。假设当组件插入料舱距舱底还有＜200mm的距离时出现卡阻，也就是说组件不能再往下放了，辅助吊车的钢丝绳探测器发出松弛信号，而操作工人目测到组件上端低于燃料舱上端，由于操作工人操作新燃料组件操作工具时，其视角近乎于垂直燃料舱的舱口，对竖直方向上的距离判断可能会有偏差。如果此时误判断新燃料组件插入完成，进行下一动作，卷扬机执行带载下降。而这期间考虑到有可能发生的事故有，卡阻突然消失或燃料舱跌落。单纯卡阻消失，组件由静止状态自由下坠＜200mm的行程与燃料舱底部相撞，由于距离短，碰撞可能对组件的损坏不会很严重；但如果是燃料舱跌落，而卡阻在跌落过程中消失，那么可以视为在水池中组件由静止状态自由下坠＜7948mm的行程与燃料舱底部相撞，势必会造成新燃料组件的损坏，虽然新燃料组件的破损不会产生放射性的危害，但考虑到组件价格的因素，该事故仍是不可接受的。经以上分析认为，虽然未完全插入这种情况是小概率事件，但需要给予重视。解决办法一种是在辅助吊车上增加行程探测器，保证组件的完全插入，另一种是在新燃料升降机的设计中考虑增加保护，设想在燃料舱内部底板上增加一个减震器，在将来的设计中将对该减震器进行全面的分析设计，其中包括减震器的减震效果分析及由于受空间限制而需要考虑的外形尺寸设计。5.小结
新燃料升降机作为PMC系统的重要设备，在以往的核电工程中已广泛应用，并有着成熟的设计经验，但本着深入思考的设计理念，不能简单抄图设计的原则，通过对设备的理解、通过设备设计中的思考，我们不难看出，该设备还是可以进一步完善的。应业主要求对新燃料升降机的设计改进就是一个很好的例子，通过改进，使其功能更完善，技术更为先进，可靠性及安全性更高。