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高放射性设备水下切割工具设计和应用

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成果主要完成人

蒋军建、曹烽华、吴明亮、吴 伟、张文龙、谢 峥、江东飞、张连生、李平原、张 弛、蔡臣君、茅铁军

项目概况

中核运行三厂两台重水堆核电机组,是目前国内仅有两台重水堆机组,可以生产钴同位素,填补国内生产钴同位素空白。在204批钴棒解体时,发现钴调节棒中心棒扁平头断裂,导致该钴棒无法正常解体外运。该异常工况在钴棒解体设备设计时没有预见和考虑,在设备和技术方案方面缺乏应对措施。钴棒水下解体需要在2个月内完成,超期将增加运输成本,价值核算降低,甚至永久存放在乏燃料池,给水池带来安全风险。在水下3.5米处切割,如何水下固定,如何避免对钴棒产生伤害。 鉴于以上情况,采用自主研制开发,委托制造厂家加工。首先进行概念设,计水下切割工具的组成:水下电机及其切割锯片机构、定位和夹具机构、进给机构、废物捕集装置、水下电机及其切割锯片机构;考虑能在水下3.5米处运行的电机,采用YQSDP100-2.2型电机,性能参数:380V,2.2KW,4极,转速每分钟1500转。另外考虑中心棒与套管的材料,并需保证在中心棒被切断后表面毛刺不会使中心棒与定位凸板卡死,导致无法脱落。选用刀具材料为HSS-Co的高速钢锯片。 定位夹具机构设计与倾翻槽结构相适应的定位支撑脚4个。为防止切割时组件打转,设计与钴棒锁紧螺母、定位凸板及其套管想适应的夹具机构。为了切割后会产生很多铁屑以及切落的废物,为了防止其污染水池,设计了废物捕集装置,设计废物捕集装置。考虑在有限的空间里完成切割工作,且需设计解决切割时由于反力产生的振动,防止振动而有可能引起的切口不平整,从而导致中心棒与定位凸版卡死。 通过整体设计,将切割装置重心与切割点统一。 将概念设计转变为由水下电机锯片机构、夹具机构、进给机构和废物捕集装置组成的水下切割工具,制造和使用成本大大降低,仅花费人民币20万元,经过模拟切割试验,效果良好,现场实施一次成功。 后续相继完四根锁紧螺母切割,确保每批钴棒按计划圆满完成水下解体和外运,解除了钴棒无定期悬挂在乏燃料水池的核安全风险,避免了经济损失。该设计应用于三厂钴调节棒中心棒的水下切割,是国内首次也是唯一的钴棒中心杆水下切割设备,保证了异常情况的迅速处置,确保了钴调节棒 解体外运在规定的时间内如期完成。 该工具拥有自主知识产权,达到国内同行业放射性物品水下切割先进水平;该工具的四次成功使用,为公司节约外委处理费用约800百万元。累计产生的经济效达2400万,累计3200万元人民币。