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        淺談反求證工程理論在AP1000主管道(RCL)坡口加工中的應(yīng)用和研究

        2016-04-26 09:08:19王飛
        科技視界 2016年9期

        王飛

        【摘 要】AP1000核電反應(yīng)堆主冷卻劑系統(tǒng)管道,簡稱主管道(縮寫RCL)屬于核電站最為核心的功能性設(shè)備,其安裝的精度控制和質(zhì)量狀況,直接影響核電站整體健康運(yùn)行和核安全關(guān)鍵性能。本文通過采用“反求工程理論模型”研究方法對(duì)三門AP1000參考電站主管道(縮寫RCL)坡口加工工藝進(jìn)行研究和總結(jié),為后續(xù)AP1000核電站主管道坡口加工提供參考和借鑒。

        【關(guān)鍵詞】AP1000核電站;主冷卻劑管道;RCL;反求工程理論

        0 引言

        反求工程(Reverse Engineering, RE),也稱逆向工程、反向工程,是指用一定的測量手段對(duì)實(shí)物或模型進(jìn)行測量,根據(jù)測量數(shù)據(jù),通過三維幾何建模方法重構(gòu)實(shí)物的模型,進(jìn)行再設(shè)計(jì)并完成產(chǎn)品制造的過程。

        本文將反求工程理論研究思路和方法應(yīng)用到AP1000主管道坡口加工工藝技術(shù)中,旨在通過實(shí)例模型的操作,形成主管道安裝施工系統(tǒng)性、可借鑒性、標(biāo)準(zhǔn)化的施工工藝技術(shù)模式,用于有效指導(dǎo)后續(xù)AP1000核電站主管道安裝施工,為后續(xù)AP1000核電站建造提供借鑒和參考。

        1 主管道特點(diǎn)介紹

        1.1 其他主管道介紹

        1.1.1 M310主管道簡介

        M310主管道有一個(gè)熱段、一個(gè)冷段及一個(gè)過度段組成,其中過度段由40度管段、90度管段及調(diào)整段組成。

        其中冷段、熱段各兩個(gè)焊口,過度段為四個(gè)焊口。

        1.1.2 EPR主管道簡介

        EPR主管道相對(duì)于M310的主管道進(jìn)行了相應(yīng)的簡化。其中EPR仍為一個(gè)熱段、一個(gè)冷段及一個(gè)過度段組成,但其中過度段一成體。在施工過程中也采用了反求工程,進(jìn)行施工。

        1.2 AP1000主管道施工重點(diǎn)及難點(diǎn)

        1.2.1 安裝工序重大變化

        常規(guī)核電站工藝壓力容器、蒸發(fā)器或主泵兩臺(tái)設(shè)備就位后方開始進(jìn)行主管道的焊接,主管道的冷段、熱段長度已確定、坡口已加工好,蒸發(fā)器或主泵可在一定范圍調(diào)整;

        AP1000堆型,壓力容器到貨后,蒸發(fā)器到貨前需焊接壓力容器側(cè)的三個(gè)焊口,需要在另一端增加監(jiān)控測量裝置,蒸發(fā)器到貨后完成其余焊口的焊接。

        1.2.2 調(diào)整段的取消

        常規(guī)核電蒸發(fā)器和主泵之間存在過渡段,通過調(diào)整段的水平段和垂直段最后測量、加工,可以調(diào)節(jié)焊接時(shí)產(chǎn)生的二維方向的變形量;

        AP1000堆型主泵直接掛在蒸汽發(fā)生器底部,沒有主管道調(diào)整段,只能通過加工主管道為現(xiàn)場預(yù)留的兩英寸,同時(shí)必須預(yù)留蒸發(fā)器側(cè)向位移、焊縫收縮量,錯(cuò)邊量和組對(duì)間隙要求更高,增加了焊接變形控制、測量和機(jī)加工的難度和風(fēng)險(xiǎn)。

        1.2.3 組對(duì)方法難度大和組對(duì)要求高

        常規(guī)核電站主管道組對(duì) :冷段通過調(diào)整管道和主泵實(shí)現(xiàn)對(duì)中,熱段通過調(diào)整管道和蒸汽發(fā)生器實(shí)現(xiàn)對(duì)中,過渡段則是調(diào)整多段管道實(shí)現(xiàn)對(duì)中。組對(duì)間隙要求為1~4mm。

        AP1000主管道組對(duì): 壓力容器側(cè)是通過調(diào)整冷段、熱段管道實(shí)現(xiàn)對(duì)中,而蒸汽發(fā)生器側(cè)的主管道則是在蒸發(fā)器吊裝過程中調(diào)整SG,同時(shí)實(shí)現(xiàn)SG的管嘴與三段主管道坡口對(duì)中,組對(duì)間隙≤1mm,錯(cuò)邊≤0.5mm。

        1.2.4 測量和3D建模

        AP1000設(shè)備管嘴和主管道管段測量必須采用高精度的激光測量設(shè)備和使用3D建模新技術(shù)。

        1.2.5 坡口加工

        AP1000主管道的12個(gè)端口坡口需采購Omega 9B machining Systems(數(shù)控歐米加9B加工系統(tǒng))專用設(shè)備,并在現(xiàn)場狹窄的空間里進(jìn)行加工,而無法在車間車床加工。

        2 AP1000主管道施工流程

        主管道施工主要流程:

        (1)原形的數(shù)字化;

        (2)測量數(shù)據(jù)中提取原形的幾何特征;

        (3)模型的組建;

        (4)重建模型的檢驗(yàn)與修正及再加工。

        3 原形的數(shù)字化(數(shù)據(jù)采集)

        3.1 原形的數(shù)字化(數(shù)據(jù)采集)

        3.1.1 主管道測量點(diǎn)布置及安裝

        主管道管口位置:采用不銹鋼記號(hào)筆標(biāo)記管道測量點(diǎn)位置。管道RV端、SG端管口均勻分布12點(diǎn),管內(nèi)壁直管段部分測量3個(gè)點(diǎn)環(huán),每個(gè)點(diǎn)環(huán)均勻分布12個(gè)點(diǎn);管道中心。

        3.1.2 激光測量

        測量已布置的控制點(diǎn)為儀器定位,測量所有可見的控制點(diǎn),并保證轉(zhuǎn)站后能夠測量其中至少6個(gè)。

        測量所有可見管道測量點(diǎn),包括管道端面內(nèi)外徑、兩端直管段內(nèi)管壁、內(nèi)外母線和支管嘴位置。

        3.2 壓力容器激光測量

        壓力容器測量點(diǎn)布置及安裝:在反應(yīng)堆壓力容器及RV腔室墻壁布置控制點(diǎn)RCP ,注意不要與壓力容的裝置位置發(fā)生沖突。

        4 虛擬裝配擬合計(jì)算及模型組建

        4.1 模型組建

        主管道擬合計(jì)算及建模:分別利用主管道冷段、熱段端面內(nèi)外徑測量點(diǎn)擬合圓,構(gòu)造內(nèi)外徑圓中心點(diǎn)。利用支管嘴測量點(diǎn)擬合生成圓,構(gòu)造圓中心點(diǎn)確定支管嘴位置。利用管道內(nèi)外母線彎管部分?jǐn)M合圓,通過計(jì)算內(nèi)弧半徑與外弧半徑的平均值計(jì)算管道中心線曲率半徑。

        4.2 擬合計(jì)算

        打開“RV_SG”測量文件,將SG垂直支撐坐標(biāo)系設(shè)置為當(dāng)前坐標(biāo)系,將對(duì)應(yīng)的蒸汽發(fā)生器模型插入這個(gè)回路。

        將SG垂直支撐凸臺(tái)14個(gè)螺栓孔中心點(diǎn)和垂直支撐上底座14個(gè)螺栓孔中心點(diǎn)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過關(guān)系進(jìn)行最佳擬合轉(zhuǎn)換,使垂直支撐14個(gè)螺栓孔大致對(duì)齊。

        調(diào)整SG模型,沿+Z方向移動(dòng),使SG冷段管嘴與RV冷段管嘴保持大致水平。

        4.3 RV端坡口加工

        由于三門1#主管道出廠時(shí),曲率半徑及彎曲角度存在制造不符合項(xiàng),根據(jù)《主管道A環(huán)安裝預(yù)案(計(jì)算分析報(bào)告)》、《主管道B環(huán)安裝預(yù)案(計(jì)算分析報(bào)告)》處理方法,需對(duì)主管道進(jìn)行斜面加工。主管道端面切割及角度需要注意事項(xiàng)如下:

        1.端面傾斜角度是指主管道原始端面與相對(duì)應(yīng)一側(cè)主設(shè)備(反應(yīng)堆壓力容器或蒸汽發(fā)生器/主泵)管嘴端面,不平行產(chǎn)生的夾角。

        2.上表數(shù)據(jù)為中心線切割量和角度,實(shí)際切割量以模型中切割線上12點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)造的切割線為基礎(chǔ),具體按主管道坡口加工定位劃線圖執(zhí)行。

        最終檢查:

        坡口加工完畢后,將設(shè)備按組裝時(shí)相反的順序小心拆卸下來放置穩(wěn)妥,并清除管段上碎屑等。

        4.4 主管道SG端數(shù)據(jù)擬合主管道RV側(cè)組對(duì)完成后,測量SG側(cè)管口端面及直管段并建模。將靶球固定裝置安裝在管道中心,在SG熱段、冷段管口坐標(biāo)系下,調(diào)整主管道SG側(cè)管口使其與SG熱段、冷段管口中心線對(duì)齊。根據(jù)已知焊接收縮量及焊接變形方向調(diào)整管口最終位置。測量主管道SG端3個(gè)管口位置,更新主管道模型。

        5 結(jié)束語

        本課題將反求工程理論研究思路和方法應(yīng)用到AP1000主管道坡口加工工藝技術(shù)中,旨在通過實(shí)例模型的操作,形成主管道安裝施工系統(tǒng)性、可借鑒性、標(biāo)準(zhǔn)化的施工工藝技術(shù)模式,為后續(xù)AP1000反應(yīng)堆主冷卻劑管道提供了技術(shù)支持和成功的先例。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]孫漢虹,等.第三代核電技術(shù)AP1000[M].中國電力出版社,2009.

        [2]林誠格,郁祖盛,等.非能動(dòng)安全先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)[M].北京:原子能出版,2010.

        [3]中國電力投資集團(tuán)公司,山東核電有限公司.AP1000核電廠系統(tǒng)與設(shè)備(上冊),2009[Z].

        [責(zé)任編輯:楊玉潔]

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