中、低水平放射性核废料贮运容器在核电站的应用研究

文/侯斌

一、项目研究的目标和内容

1、项目研究目标

针对中、低水平放射性核废物贮运、运输和处理的需求，本课题研发一种柔性的中、低水平放射性核废物容器（以下简称为核废物容器）制造设备和自动化生产线，突破核废物容器制造设备的柔性技术、制作优化技术、自动化技术等关键技术，提高核废物容器制造精度，以满足我国多规格核废物容器的自动化生产，实现核废物容器制造产业化，形成年产400升A型、400升E型、320升、210升、200升A型、200升E型、100升7种主要金属核废物容器各50000 个的生产能力。使核废物容器制造标准达到先进的行业水平；质量和产品性能处于国内领先；推动核废物容器在核电站的应用，并通过核废物容器的应用而减少再生废物，从而保护环境，有利于核能的发展和应用。

2、项目主要研究内容

（1）核废物容器规格：

400LA 钢桶 核行业标准 EJ1042-1996

400LE 放射性固体废物不锈钢桶 见产品图纸

320L 放射性固体废物金属桶 见产品图纸

210 L 放射性固体废物金属桶 见产品图纸

200LA 放射性固体废物金属桶 见产品图纸

200LE 钢桶 核行业标准 EJ1042-1996

100L 钢桶 核行业标准 EJ1042-1996

（2）核废物容器材料及料厚：

400LA 钢桶 核行业标准 EJ1042-1996 料厚2.0mm 10 号钢板

400LE 放射性固体废物不锈钢桶 料厚2.0mm S304 不锈钢

320L 放射性固体废物金属桶 料厚1.5mm 10 号冷轧钢板

210 L 放射性固体废物金属桶 料厚1.2mm 10 号冷轧钢板

200LA 放射性固体废物金属桶 料厚3.0mm 10 号钢板

200LE 钢桶 核行业标准 EJ1042-1996

100L 钢桶 核行业标准 EJ1042-1996

（3）生产线工艺布局合理、流畅，便于操作。单台设备依据技术先进、性能稳定、满足工艺、操作方便的原则。

3、生产线主要技术参数

加工产品品种：7

生产线总功率：120KW

生产率：2件/分钟

产品直径加工范围：385～700mm

产品长度加工范围：450～1100mm

产品厚度加工范围：0.8～3mm

产品加工精度：桶外高±1mm；环筋高±0.5mm；环筋间距±0.5mm；直径±0.5mm；上环筋到项距离±1mm；桶底深±1mm；桶顶深±1mm

生产线配置人数：≤11人

封口技术：7层卷边

控制系统：PLC自动化联动系统

二、研发设备主要技术参数

1、XJY2011 型胀筋机：

整机含主机1 台，液压站1 套，电气控制柜1 台。

采用胀压工艺，立式结构、全部动力由液压装置提供。

主机设计采用可调式方案，以达到更换成型工具满足不同规格钢桶（直径385mm-710mm 料厚：3mm-0.5mm）的要求。

成形工具为7 套，每套成形工具采用高机械效率的1 组12 等份棱锥式楔形滑动胀压机构。与其配合的12 瓣胀膜体分别通过2 组圆周拉伸弹簧收缩支承在主轴周围，以保证桶身毛胚顺利进入。

在生产不同的产品时，成型工具及定位装置能够快速、方便地更换。

技术参数：

电机功率：22Kw

操纵方式：自动/半自动

加工板料厚度：≤3mm

机床生产效率：3 件/min

液压站额定压力：31.5MP

油缸直径：φ320mm

2、XJY121 型自动擦桶机

研发一种专用自动擦桶机，通过调整机构，可适应任务书要求的7 种产品的生产。

自动擦桶机技术参数：

电机功率：2×0.75Kw

操纵方式：自动/半自动

机床生产效率：3 件/min

适用产品规格：桶径φ 385-710mm，桶高450-1100 mm

3、XJY49BW 型卷边封口机：

整机包括主机1 台、液压站1 套、电气控制柜1 套。封口盘（100、200、210、320 升）4 套以及卷边轮4 套

卷边封口机技术参数：

卷板封口厚度：0.8～1.5mm

加工产品范围：100～320 L

操纵方式：自动/半自动

机床生产效率：3 件/min

机床中心工作高度：960 mm

电机功率：37.5Kw（主轴电机2×15 Kw 为变频调速电机）

工作压力：14MPa（卷边封口）

研发用于100、200 升、210 升、320 升、料厚0.8mm 和料厚1.5mm 4 种规格核废料容器的卷边封口的自动化生产。主轴采用机械传动；进给、封口采用液压传动。主轴电机采用变频调速电机以适应不同规格产品卷边封口对主轴不同转速的要求。通过对封口盘、卷边轮快速更换和对主轴电机频率的调整以实现在一台设备上同时完成钢桶卷边封口加工工序。在生产不同的容器时，封口盘、卷边轮能够快速、方便地更换。

4、XJY58B 型预卷喷胶机研发用于加工100 升、200 升、210 升、320 升、料厚为0.8—1.5mm 的产品底、盖的预卷边和喷胶生产，在生产不同的产品时，预卷盘、预卷轮能够快速、方便地更换。

预卷喷胶机技术参数：

最大加工尺寸（厚度×直径）：1.5×680mm

操纵方式：自动/半自动

生产率：4件/分

机床工作台面高度：1200mm

预卷盘举升及预卷轮进给：气动

电机功率：4.0Kw（变频调速电机）

5、XJY17B 型滚箍机

研发一种滚箍机，适用滚压直条箍形状的骨型加工，详见产品图。采用大模数传动齿轮、大轴承。

滚箍机技术参数：

滚压箍厚度：2.0mm

电机功率：2.2Kw

滚轮数：5对

成形速度：12m/分

适用范围：直条箍（详见图纸）

6、XJY2012 型整形机

XJY2012 型桶身胀筋整形机与XJY2011 桶身胀筋机同时使用，在用于400LA、400LE 320L、200LA 4 种规格 料厚在1.5mm-3mm 的不锈钢、冷轧板容器的环筋（W 筋）胀制的自动化生产。

在生产不同的容器时，外箍胀具及调整机构能够快速、方便地更换。

7、XJY41W 型滚压折边机

用于100-320 升，料厚0.8—1.5mm 之间的4 种规格产品的滚压折边的连续自动化生产。主轴采用机械传动；进给、滚压采用液压传动，整套机床含主机，液压站，电器控制柜。带滚压盘及滚压轮4 套（100L 、200L、210L 及320L 各1 套）。

在生产不同的产品时，偏心盘及调整机构能够快速、方便地更换。

滚压折边机技术参数（容器加工范围）：

壁厚：0.8—1.5 mm

长度：450-1000 mm

内径：φ385-φ700 mm

生产能力：4 件/分

8、XJY111B 型镀锌板铣边机

研制一种采用铣削工艺对桶身板料对接边缘处进行铣边加工的镀锌板铣边机，满足200LE 型容器生产。机床送料装置采用变频调速电机和PLC 控制器控制板料在铣刀切入和切出处减速进给。

铣边机技术参数：

铣边宽度：≤13mm

铣削深度：0.08-0.10mm 可调

加工范围（板长）：1600-1900 可调

生产效率：3m/min

喂料高度：890mm

电机功率：铣头电机 4×1.5Kw n=2840r/min；送料电机 3 Kw 变频调速

9、XJY86、85 型系列底盖模具

完成容器底、盖等工件的落料、拉深、弯曲成型等工序。模具全部采用双导柱式导向结构以方便在一台液压机上生产7 种规格的产品。模具全部采用斜刃式刀口，刀口为合金工具钢经多道热处理达到高刃磨寿命。

10、自动输送上料机械手

本课题共设置3 个机械手：滚边机机械手完成从焊接区域夹取--输送到滚边机--滚边机上料对中定位三道工序。胀筋机机械手完成从滚筋机夹取—输送到胀筋机—胀筋机上料对中定位—胀筋机翻转—胀筋机上料对中定位—胀筋机夹取—输送到擦桶机七道工序。卷边机机械手完成擦桶机夹取—输送到卷边机—卷边机上料对中定位--卷边机夹取—输送到卸桶机五道工序。

3 个自动输送上料机械手采用同一种结构形式，行走小车+机械手。

机械手主要技术参数：

机械手形式：夹钳式机械手

驱动方式：电机与气动混合式

传动方式：电机和齿轮

制动方式：电气制动器

电机功率：Y 轴运动1.5Kw；X 轴运动1.5Kw

电机型号：Y 轴运动Y90L-4B5；X 轴运动Y90L-4B5

减速机型号：Y 轴运动NMRV-090-60；X 轴运动NMRV-090-60

气动压力：48-60Pa

制动方式：电气制动器

控制系统模式：PC＋数据采集卡

三、项目实施的技术路线

项目实施技术路线图如下：