馬 帥，盛國(guó)福，胡耀峰，馮 亮

(中廣核鈾業(yè)發(fā)展有限公司，廣東 陽(yáng)江 529941)

核燃料組件是核反應(yīng)堆運(yùn)行的核心組成部分，其質(zhì)量直接關(guān)系到核電廠的運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。由于核燃料組件造價(jià)成本極高，當(dāng)出現(xiàn)新組件產(chǎn)品質(zhì)量不合格時(shí)，通常首要的做法是在產(chǎn)品技術(shù)條件允許的情況下開(kāi)展組件返修[1]。

核燃料組件直線度、垂直度是衡量一組燃料組件產(chǎn)品質(zhì)量好壞的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)組件能否在反應(yīng)堆堆芯內(nèi)實(shí)現(xiàn)順利裝卸和定位、控制棒下插、象限功率彎曲等具有十分重要的影響[3]。常見(jiàn)的燃料組件外形返修方式包括組件下管座修磨、組件檢查儀施力矯正、組件拉棒機(jī)墊片矯正等3種方式[1,2,4]，其中前兩種方式需借助專用設(shè)備或?qū)Ｓ霉δ埽?種方式方法簡(jiǎn)單、操作靈活、應(yīng)用性更高。

本文在一組直線度和垂直度均不合格的模擬燃料組件上開(kāi)展墊片返修試驗(yàn)，驗(yàn)證此種方法在組件直線度、垂直度返修上的可靠性。

1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)條件包含1組模擬燃料組件(12英尺17×17方形結(jié)構(gòu))、組件拉棒機(jī)、組件檢查儀、墊片。返修前模擬組件不合格尺寸如下，直線度測(cè)量值詳見(jiàn)表1，超差方位如圖1所示。

1)直線度超差，組件向Y+彎曲；

2)垂直度超差，Y方向：-3.15 mm(技術(shù)要求±3.00 mm以內(nèi))，組件向Y方向傾斜。

表1 返修前燃料組件直線度數(shù)據(jù)

圖1 組件外形檢測(cè)俯視圖Fig.1 The vertical view for FA dimension testing

2 試驗(yàn)過(guò)程

2.1 直線度返修

2.1.1 返修方法

選取合適厚度的墊片放置于組件拉棒機(jī)格架固定夾持框處(直線度偏差較大的格架)，組件彎曲一側(cè)朝下，夾緊鄰近格架的夾持框。

墊片厚度的選擇依據(jù)直線度測(cè)量值與許可偏差的比較，可適當(dāng)選取較厚的墊片，放置時(shí)長(zhǎng)4～12 h。

2.1.2 返修操作

本次返修試驗(yàn)共操作4次，墊片使用如表2所示。

1)在第3、4、5、6層格架夾持框的水平固定支撐面處，分別加1.5 mm的墊片，將組件彎曲側(cè)朝下；用3 N·m的力矩夾緊1、2、7、8層格架夾持框，靜置4 h；

2)在第一次直線度返修的基礎(chǔ)上，保持第3、6層格架夾持框墊片厚度不變，分別增加第4、5層格架夾持框墊片厚度至2 mm、1.7 mm，將組件彎曲側(cè)朝下；用3 N·m的力矩夾緊第1、2、7、8層格架夾持框，靜置6 h；

3)在第二次直線度返修的基礎(chǔ)上，保持第3、6層格架夾持框墊片厚度不變，分別增加第4、5格架夾持框墊片厚度至2.3 mm、1.8 mm，將組件彎曲側(cè)朝下；用3 N·m的力矩夾緊第1、2、7、8層格架夾持框，靜置6 h；

4)在第三次直線度返修的基礎(chǔ)上，分別增加第3、4、5、6格架夾持框墊片厚度至2.2 mm、2.5 mm、2.2 mm、2.1 mm，將組件彎曲側(cè)朝下；用3 N·m的力矩夾緊第1、2、7、8層格架夾持框，靜置6 h。

2.1.3 返修結(jié)果

每次返修結(jié)束后，對(duì)組件外形尺寸進(jìn)行組件檢查儀測(cè)量，4次返修后的直線度如表3所示。

表2 燃料組件直線度返修試驗(yàn)墊片使用

表3 燃料組件直線度返修試驗(yàn)測(cè)量值

返修后的組件直線度測(cè)量值變化，如圖2所示。

圖2 燃料組件返修后直線度測(cè)量值比較Fig.2 The straightness comparison after FA repairing

通過(guò)分析比較圖2組件返修后直線度測(cè)量值變化，可以發(fā)現(xiàn)：

采用加墊片的方式，對(duì)組件直線度矯正效果較好，墊片應(yīng)布置在直線度偏差較大的格架位置，組件彎曲側(cè)朝下，夾緊鄰近位置的格架；

直線度矯正時(shí)，墊片厚度的選取可依據(jù)直線度測(cè)量值與許可偏差的差值，可適當(dāng)選取較厚的墊片(<2.5 mm)；放置較短時(shí)間(4 h左右)，即可發(fā)生較為明顯的改善；

當(dāng)直線度矯正到許可偏差1/2以內(nèi)時(shí)，繼續(xù)增加墊片厚度，直線度的矯正效果已不明顯。

2.1.4 結(jié)果分析

由于組件的格架和燃料棒都選用中子吸收少的鋯合金軟性金屬材料，同時(shí)組件長(zhǎng)度較長(zhǎng)、格架位置間隔較大，組件在整體上是較為柔性的，因而將組件彎曲一側(cè)水平放置后，組件在自身重力作用下會(huì)自動(dòng)矯直，矯正效果會(huì)非常明顯。

墊片布置在直線度偏差較大的格架位置，未放置墊片的格架位置與平臺(tái)留有間隙，組件在自身重力作用下，未放置墊片的格架間隙會(huì)逐漸找平，從而達(dá)到直線度矯正的目的；應(yīng)避免墊片厚度過(guò)大，否則會(huì)出現(xiàn)組件朝另一側(cè)反向彎曲的情況出現(xiàn)。

組件平放后，較短時(shí)間內(nèi)直線度就會(huì)發(fā)生變化，但回彈也會(huì)較為厲害，一般要大于4 h以上；放置時(shí)間越久，越不容易回彈，矯正效果越好，以6～12 h為宜。

2.2 垂直度返修

2.2.1 返修方法

選取合適厚度的墊片放置于靠近組件上管座的兩層格架夾持框位置，組件傾斜側(cè)朝下，夾緊鄰近格架的夾持框；鑒于采用墊片矯正垂直度的效果不明顯，可適當(dāng)選取較厚的墊片(≥2.5 mm)，放置時(shí)間4～12 h。

2.2.2 返修操作

撤掉組件直線度矯正時(shí)的第3、4、5、6層格架夾持框墊片，在第7、8層格架夾持框水平固定面處分別加2.5 mm、3.0 mm墊片，將組件傾斜側(cè)朝下；用3 N·m的力矩夾緊鄰近第5、6層格架夾持框，靜置6 h。墊片使用如表4所示。

表4 燃料組件垂直度返修試驗(yàn)墊片厚度

2.2.3 返修分析

返修結(jié)束后，對(duì)組件外形尺寸進(jìn)行組件檢查儀測(cè)量，返修后的數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 燃料組件返修試驗(yàn)垂直度測(cè)量值

5次返修(4次直線度返修、1次垂直度返修)后的垂直度測(cè)量值變化，如圖3所示。

圖3 燃料組件返修后垂直度測(cè)量值比較Fig.3 The perpendicularity comparison after FA repairing

分析圖3組件返修后的垂直度變化，可知：

直線度矯正時(shí)，會(huì)對(duì)組件垂直度產(chǎn)生微小變化，但整體影響不大。

垂直度矯正時(shí)，墊片應(yīng)布置在上管座鄰近的格架位置，組件傾斜側(cè)朝下，夾緊鄰近位置的格架，鄰近格架受力作用下移，可實(shí)現(xiàn)垂直度矯正的目的。

2.2.4 結(jié)果分析

直線度矯正的作用主要是將組件各個(gè)格架盡可能維持在一條直線上，而組件直線度與垂直度關(guān)聯(lián)性弱。因此在矯正直線度時(shí)，組件垂直度變化微小，或無(wú)變化。

組件垂直度不合格主要是組件朝某一側(cè)發(fā)生傾斜，將傾斜一側(cè)朝下，墊高上管座鄰近的格架，其余位置的格架在組件自身重力的作用下，下管座與上管座的中心線會(huì)逐漸朝下管座的垂直方向找正，從而達(dá)到垂直度矯正的目的。

同樣，組件垂直度矯正時(shí)間不宜過(guò)短，時(shí)間過(guò)短組件回彈則達(dá)不到矯正的目的；時(shí)間越久，越不容易回彈，矯正效果越好，一般以6～12 h為宜。

3 結(jié)論

通過(guò)在一組12英尺、17×17方形模擬燃料組件上開(kāi)展墊片返修試驗(yàn)，分析研究了不同墊片厚度下組件直線度、垂直度的變化趨勢(shì)，結(jié)果表明：

1)采用加墊片的方式，對(duì)組件的直線度、垂直度進(jìn)行返修操作可行；且較短時(shí)間(4 h左右)內(nèi)，即可發(fā)生明顯的改善；

2)開(kāi)展組件直線度、垂直度矯正時(shí)，墊片布置位置有差別；直線度矯正時(shí)，墊片應(yīng)布置在直線度偏差較大的格架位置，組件彎曲側(cè)朝下；垂直度矯正時(shí)，墊片應(yīng)布置在上管座鄰近的格架位置，組件傾斜側(cè)朝下；

3)當(dāng)組件直線度矯正到許可偏差1/2以內(nèi)時(shí)，繼續(xù)增加墊片厚度，直線度的矯正效果已不明顯；

4)組件直線度矯正時(shí)，組件垂直度不會(huì)產(chǎn)生較大影響，垂直度變化較小。