EPR堆型蒸汽发生器二次侧管板泥渣清洗喷枪工具设计
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摘 要：文章提出一种适用于epr堆型核电厂蒸汽发生器泥渣清洗的喷枪工具，安装于蒸汽发生器管板二次侧内部，通过外置电机驱动的方式带动连接杆内部的传动轴旋转，利用内置锥齿轮将旋转转换为特定平面内喷头的周向运动。同时根据EPR堆型蒸汽发生器传热管的排布状况，设计有30度，90度，150度三种指定方向的喷头体，可与连接杆通过螺栓方式随意组合，实现对EPR堆型蒸汽发生器管板二次侧的全方位清洗。
中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）20-0104-02
1 概述
目前，我国商运和投建的核电站大都属于压水堆。而蒸汽发生器作为重要的热交换设备，对于核安全和发电效率都起着至关重要的作用。经过二十多年全世界对于蒸汽发生器的研究，已基本弄清了传热管腐蚀的C理[1]。二次侧管板泥渣沉积是其中重要的原因之一。泥渣沉积会造成传热管材腐蚀，蒸汽压力下降及运行不稳定，因此需要定时对蒸汽发生器二次侧管板进行冲洗，以保证核电站的安全运行。
2 国内外研究现状
目前国内外皆开发有应用于不同核电厂堆型的泥渣清洗设备，如法国SRA SAVAC公司研制的泥渣清洗设备已经在大亚湾核电站成功应用十多年，中核武汉核动力研究院仿制的同类设备也已在秦山核电厂得到应用。现在国内应用最广的是刚性泥渣清洗工具，其喷头仅适用于传热管为矩形排布的蒸汽发生器。而已三代机组普遍采用三角形的传热管排布设计，现有的工具均不适用。
3 EPR堆型蒸汽发生器
EPR是欧洲先进压水堆的简称，是法国法马通公司与西门子公司联合开发的第三代核电堆型。为了增加发电功率，EPR堆型的蒸汽发生器的设计提高了其中传热管的数量，排布方式也由正方形排布改为等边三角形排布。传热管间距为27.43mm，外径为19.28mm。因此通过计算，每个方向的可视宽度仅为4.73mm。实际清洗时需要对30、90、150度三个方向逐一清洗，并要求水射流能够在每个方向的垂直平面内做一定角度的旋转以实现不同距离和角度的清洗。
根据前文所述，EPR堆型蒸汽发生器传热管的排布十分紧密，并且为了保证对管板的冲洗效果，需要对30度，90度，150度三个方向进行冲洗。而此前的喷头设计都局限于适用于90度方向的清洗，根据实际的泥渣清洗经验，泥渣大多集中在传热管冷端和热端交界处，约90%的泥渣位于中心管廊两侧约5至10排管间。因此在对特定角度的传热管间进行冲洗时，喷头还需要在某个平面内实现一定角度的转动，保证距离中心管廊远近的泥渣都能够被清洗干净。
4.1 喷头设计方案
为解决此实际问题，本文提出一种喷枪设计方案，用以实现EPR堆型蒸汽发生器的清洗工作。
为实现多角度的冲洗，本方案采用了喷头和喷枪连接杆分离式模块设计，共设计有三种喷头，角度分别为30度、90度、150度。具体作用原理为，喷头与喷枪连接杆通过螺栓固定，连接杆中的传动轴与喷头中的旋转轴通过花键的方式连接，高压水通过连接杆与传动轴、喷头壳体与旋转轴之间的空间进入喷头，并从位于喷头前端某个特定方向的喷嘴处喷出（参见图1）。
其次，为实现喷头在特定平面内一定角度的旋转，也就是图1中喷头需要在A-A界面内做0度至90度的旋转，采用法兰外置电机并利用锥齿轮副的方式传动以实现所要求的喷头旋转，具体的工作原理为：连接杆的传动轴工作时有外挂于手孔法兰外的伺服电机驱动，传动轴的旋转带动喷头中的旋转轴一起做旋转运动，并通过锥齿轮带动喷头前端旋转，实现在某一特定方向平面内的旋转。
4.2 喷枪执行机构设计方案
喷枪连接杆和喷枪进给执行机构通过手孔法兰安装，喷枪进给执行机构主要由摆动机构、步进机构、支架、喷杆导向支撑、定位机构、安装法兰以及高压水旋转机构构成。导轨、支架、喷杆导向支撑及定位机构安装在法兰上，喷杆步进进给运动机构安装在导轨支架上，喷头摆动机构与高压旋转接头安装在喷杆步进运动机构上。
喷枪机构的工作原理是：伺服电机经减速机构驱动喷枪内传动轴旋转，传动轴带动旋转喷头内的锥齿轮副旋转，从而实现喷嘴在与喷杆垂直方向轴平面形成特点夹角的另一平面内旋转（如图4所示）。伺服电机的正反转则实现了喷头的摆动，通过控制电机的转数即可实现喷头摆动角度的变化。
喷杆步进进给运动机构按精密步进传动原理实现。受核电站蒸汽发生器房间空间限制，采用分段作业方式。作业时，当第一节喷杆进给量达到近1m时，停止作业，固定并锁死喷杆，再将高压水旋转接头与第一节喷杆拆开，步进机构退回1m，再接上一段1m过渡连接喷杆后，继续步进作业。当第一角度喷射方向作业完成后，拆下过渡连接喷杆和喷头，更换另一角度斜射喷头。当两种斜角度喷射作业完成后，退出喷杆，更换直角喷射喷头，完成直角方向作业。
5 总结与展望
本文所提出有关喷头的设计方案通过模块化设计，并通过伺服电机利用锥齿轮传动实现喷枪的步进和旋转，能够较好的适应EPR堆型蒸汽发生器的传热管排布类型，可以满足现场工作的需求。但实际清洗时仍不可避免的需要更换喷头，因此为了在实际现场使用时能够降低劳动强度，减少受照射剂量，考虑如何让三种角度的喷头统一在一个喷头上将是下一步重点研究的方向。
参考文献：
[1]丁训慎.核电站蒸汽发生器传热管的腐蚀与防护[J].腐蚀与防护，2000（01）.
[2]杨孟嘉，任俊生，周志伟.未来10年核电先进堆型介绍[J].国际电力，2004（03）.
[3]丁训慎.核电站蒸汽发生器的CECIL清洗[J].清洗世界，2005（09）.
[4]董鹏，孙立源，梁创记.高压水清洗喷嘴、喷头的选用[J].清洗世界，2013（03）.