中、低水平放射性核廢料貯運容器在核電站的應用研究

文/侯斌

一、項目研究的目標和內容

1、項目研究目標

針對中、低水平放射性核廢物貯運、運輸和處理的需求，本課題研發一種柔性的中、低水平放射性核廢物容器（以下簡稱為核廢物容器）制造設備和自動化生產線，突破核廢物容器制造設備的柔性技術、制作優化技術、自動化技術等關鍵技術，提高核廢物容器制造精度，以滿足我國多規格核廢物容器的自動化生產，實現核廢物容器制造產業化，形成年產400升A型、400升E型、320升、210升、200升A型、200升E型、100升7種主要金屬核廢物容器各50000 個的生產能力。使核廢物容器制造標準達到先進的行業水平；質量和產品性能處于國內領先；推動核廢物容器在核電站的應用，并通過核廢物容器的應用而減少再生廢物，從而保護環境，有利于核能的發展和應用。

2、項目主要研究內容

（1）核廢物容器規格：

400LA 鋼桶 核行業標準 EJ1042-1996

400LE 放射性固體廢物不銹鋼桶 見產品圖紙

320L 放射性固體廢物金屬桶 見產品圖紙

210 L 放射性固體廢物金屬桶 見產品圖紙

200LA 放射性固體廢物金屬桶 見產品圖紙

200LE 鋼桶 核行業標準 EJ1042-1996

100L 鋼桶 核行業標準 EJ1042-1996

（2）核廢物容器材料及料厚：

400LA 鋼桶 核行業標準 EJ1042-1996 料厚2.0mm 10 號鋼板

400LE 放射性固體廢物不銹鋼桶 料厚2.0mm S304 不銹鋼

320L 放射性固體廢物金屬桶 料厚1.5mm 10 號冷軋鋼板

210 L 放射性固體廢物金屬桶 料厚1.2mm 10 號冷軋鋼板

200LA 放射性固體廢物金屬桶 料厚3.0mm 10 號鋼板

200LE 鋼桶 核行業標準 EJ1042-1996

100L 鋼桶 核行業標準 EJ1042-1996

（3）生產線工藝布局合理、流暢，便于操作。單臺設備依據技術先進、性能穩定、滿足工藝、操作方便的原則。

3、生產線主要技術參數

加工產品品種：7

生產線總功率：120KW

生產率：2件/分鐘

產品直徑加工范圍：385～700mm

產品長度加工范圍：450～1100mm

產品厚度加工范圍：0.8～3mm

產品加工精度：桶外高±1mm；環筋高±0.5mm；環筋間距±0.5mm；直徑±0.5mm；上環筋到項距離±1mm；桶底深±1mm；桶頂深±1mm

生產線配置人數：≤11人

封口技術：7層卷邊

控制系統：PLC自動化聯動系統

二、研發設備主要技術參數

1、XJY2011 型脹筋機：

整機含主機1 臺，液壓站1 套，電氣控制柜1 臺。

采用脹壓工藝，立式結構、全部動力由液壓裝置提供。

主機設計采用可調式方案，以達到更換成型工具滿足不同規格鋼桶（直徑385mm-710mm 料厚：3mm-0.5mm）的要求。

成形工具為7 套，每套成形工具采用高機械效率的1 組12 等份棱錐式楔形滑動脹壓機構。與其配合的12 瓣脹膜體分別通過2 組圓周拉伸彈簧收縮支承在主軸周圍，以保證桶身毛胚順利進入。

在生產不同的產品時，成型工具及定位裝置能夠快速、方便地更換。

技術參數：

電機功率：22Kw

操縱方式：自動/半自動

加工板料厚度：≤3mm

機床生產效率：3 件/min

液壓站額定壓力：31.5MP

油缸直徑：φ320mm

2、XJY121 型自動擦桶機

研發一種專用自動擦桶機，通過調整機構，可適應任務書要求的7 種產品的生產。

自動擦桶機技術參數：

電機功率：2×0.75Kw

操縱方式：自動/半自動

機床生產效率：3 件/min

適用產品規格：桶徑φ 385-710mm，桶高450-1100 mm

3、XJY49BW 型卷邊封口機：

整機包括主機1 臺、液壓站1 套、電氣控制柜1 套。封口盤（100、200、210、320 升）4 套以及卷邊輪4 套

卷邊封口機技術參數：

卷板封口厚度：0.8～1.5mm

加工產品范圍：100～320 L

操縱方式：自動/半自動

機床生產效率：3 件/min

機床中心工作高度：960 mm

電機功率：37.5Kw（主軸電機2×15 Kw 為變頻調速電機）

工作壓力：14MPa（卷邊封口）

研發用于100、200 升、210 升、320 升、料厚0.8mm 和料厚1.5mm 4 種規格核廢料容器的卷邊封口的自動化生產。主軸采用機械傳動；進給、封口采用液壓傳動。主軸電機采用變頻調速電機以適應不同規格產品卷邊封口對主軸不同轉速的要求。通過對封口盤、卷邊輪快速更換和對主軸電機頻率的調整以實現在一臺設備上同時完成鋼桶卷邊封口加工工序。在生產不同的容器時，封口盤、卷邊輪能夠快速、方便地更換。

4、XJY58B 型預卷噴膠機研發用于加工100 升、200 升、210 升、320 升、料厚為0.8—1.5mm 的產品底、蓋的預卷邊和噴膠生產，在生產不同的產品時，預卷盤、預卷輪能夠快速、方便地更換。

預卷噴膠機技術參數：

最大加工尺寸（厚度×直徑）：1.5×680mm

操縱方式：自動/半自動

生產率：4件/分

機床工作臺面高度：1200mm

預卷盤舉升及預卷輪進給：氣動

電機功率：4.0Kw（變頻調速電機）

5、XJY17B 型滾箍機

研發一種滾箍機，適用滾壓直條箍形狀的骨型加工，詳見產品圖。采用大模數傳動齒輪、大軸承。

滾箍機技術參數：

滾壓箍厚度：2.0mm

電機功率：2.2Kw

滾輪數：5對

成形速度：12m/分

適用范圍：直條箍（詳見圖紙）

6、XJY2012 型整形機

XJY2012 型桶身脹筋整形機與XJY2011 桶身脹筋機同時使用，在用于400LA、400LE 320L、200LA 4 種規格 料厚在1.5mm-3mm 的不銹鋼、冷軋板容器的環筋（W 筋）脹制的自動化生產。

在生產不同的容器時，外箍脹具及調整機構能夠快速、方便地更換。

7、XJY41W 型滾壓折邊機

用于100-320 升，料厚0.8—1.5mm 之間的4 種規格產品的滾壓折邊的連續自動化生產。主軸采用機械傳動；進給、滾壓采用液壓傳動，整套機床含主機，液壓站，電器控制柜。帶滾壓盤及滾壓輪4 套（100L 、200L、210L 及320L 各1 套）。

在生產不同的產品時，偏心盤及調整機構能夠快速、方便地更換。

滾壓折邊機技術參數（容器加工范圍）：

壁厚：0.8—1.5 mm

長度：450-1000 mm

內徑：φ385-φ700 mm

生產能力：4 件/分

8、XJY111B 型鍍鋅板銑邊機

研制一種采用銑削工藝對桶身板料對接邊緣處進行銑邊加工的鍍鋅板銑邊機，滿足200LE 型容器生產。機床送料裝置采用變頻調速電機和PLC 控制器控制板料在銑刀切入和切出處減速進給。

銑邊機技術參數：

銑邊寬度：≤13mm

銑削深度：0.08-0.10mm 可調

加工范圍（板長）：1600-1900 可調

生產效率：3m/min

喂料高度：890mm

電機功率：銑頭電機 4×1.5Kw n=2840r/min；送料電機 3 Kw 變頻調速

9、XJY86、85 型系列底蓋模具

完成容器底、蓋等工件的落料、拉深、彎曲成型等工序。模具全部采用雙導柱式導向結構以方便在一臺液壓機上生產7 種規格的產品。模具全部采用斜刃式刀口，刀口為合金工具鋼經多道熱處理達到高刃磨壽命。

10、自動輸送上料機械手

本課題共設置3 個機械手：滾邊機機械手完成從焊接區域夾取--輸送到滾邊機--滾邊機上料對中定位三道工序。脹筋機機械手完成從滾筋機夾取—輸送到脹筋機—脹筋機上料對中定位—脹筋機翻轉—脹筋機上料對中定位—脹筋機夾取—輸送到擦桶機七道工序。卷邊機機械手完成擦桶機夾取—輸送到卷邊機—卷邊機上料對中定位--卷邊機夾取—輸送到卸桶機五道工序。

3 個自動輸送上料機械手采用同一種結構形式，行走小車+機械手。

機械手主要技術參數：

機械手形式：夾鉗式機械手

驅動方式：電機與氣動混合式

傳動方式：電機和齒輪

制動方式：電氣制動器

電機功率：Y 軸運動1.5Kw；X 軸運動1.5Kw

電機型號：Y 軸運動Y90L-4B5；X 軸運動Y90L-4B5

減速機型號：Y 軸運動NMRV-090-60；X 軸運動NMRV-090-60

氣動壓力：48-60Pa

制動方式：電氣制動器

控制系統模式：PC＋數據采集卡

三、項目實施的技術路線

項目實施技術路線圖如下：