摘 要：文章通過(guò)對(duì)第三代先進(jìn)壓水堆核電站核島通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)核級(jí)設(shè)備樣機(jī)鑒定進(jìn)行分析，總結(jié)出適用于核島通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)核級(jí)關(guān)鍵設(shè)備包括風(fēng)機(jī)類、風(fēng)閥類、空調(diào)類和凈化類的樣機(jī)選擇原則、鑒定方法的選擇、包絡(luò)性地震載荷的確定、鑒定的實(shí)施和鑒定結(jié)論。該鑒定總結(jié)對(duì)于其他核電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)核級(jí)設(shè)備的鑒定具有較高的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；設(shè)備鑒定；環(huán)境鑒定；抗震鑒定；鑒定方法

引言

核電站核島通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于核電站正常運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)起著重要的作用，是反應(yīng)堆重要的輔助屏障系統(tǒng)，也是核電站的縱深防御措施之一。通風(fēng)空調(diào)設(shè)備是核島通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于核安全級(jí)（簡(jiǎn)稱核級(jí)）的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備，需要進(jìn)行鑒定以驗(yàn)證其在規(guī)定的使用條件下具備所要求的功能能力。核島通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)備包括風(fēng)機(jī)類、風(fēng)閥類、空調(diào)類和凈化類，因設(shè)備功能不同，這些設(shè)備類別又分為多種系列、型號(hào)和規(guī)格，選擇有代表性的樣機(jī)進(jìn)行鑒定成為必然。文章在目前國(guó)內(nèi)在建的某第三代先進(jìn)壓水堆核電站核島通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的研制基礎(chǔ)上，對(duì)鑒定樣機(jī)的選擇原則、鑒定方法的選擇、鑒定輸入條件、鑒定內(nèi)容、鑒定結(jié)論進(jìn)行了分析總結(jié)。

1 設(shè)備鑒定

1.1 設(shè)備鑒定的目的

根據(jù)NB/T 20036.1[1]，設(shè)備鑒定的目的是證明被鑒定設(shè)備在規(guī)定的使用條件下具備所要求的功能能力，并產(chǎn)生相應(yīng)的證據(jù)。

1.2 設(shè)備的分級(jí)

HAF102[2]在設(shè)計(jì)總準(zhǔn)則一章中針對(duì)核電廠的設(shè)計(jì)提出了“必須明確規(guī)定構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的全部安全功能。構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件必須按其安全的重要性進(jìn)行分級(jí)?！睆亩鶕?jù)其安全級(jí)別對(duì)物項(xiàng)的設(shè)計(jì)和評(píng)定提出相應(yīng)的鑒定要求。根據(jù)TS-X-NIEP-TCYV-DC-20001[3]，第三代先進(jìn)壓水堆核電站核島通風(fēng)空調(diào)設(shè)備功能安全分級(jí)、電氣分級(jí)、地震分級(jí)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

1.3 設(shè)備鑒定的內(nèi)容

設(shè)備鑒定包括設(shè)備的環(huán)境鑒定和抗震鑒定，只有經(jīng)過(guò)設(shè)備鑒定合格的設(shè)備，才能用于核設(shè)施。環(huán)境鑒定是驗(yàn)證設(shè)備在正常與事故環(huán)境條件下的性能，環(huán)境鑒定包括長(zhǎng)期正常運(yùn)行工況下的老化鑒定和事故環(huán)境工況下的LOCA鑒定；抗震鑒定是驗(yàn)證設(shè)備在地震載荷的作用下能否正常工作，保持其要求的性能，以履行其安全功能。

針對(duì)國(guó)內(nèi)在建的某第三代先進(jìn)壓水堆核電站核島通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，依據(jù)該項(xiàng)目設(shè)備技術(shù)規(guī)格書(shū)以及相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，如TS-X-NIEP-TCYV-RN-20054[4]、BTR67C00303[5]、HAF J0053[6]、NB/T 20036.2-2011[7]、IEEE 334-2006[8]等的要求，選擇了8臺(tái)代表性樣機(jī)。樣機(jī)的選取原則是：每種類型的設(shè)備選擇一臺(tái)有代表性的進(jìn)行鑒定，所選擇的代表性樣機(jī)是本類型設(shè)備系列中工況條件最惡劣的。8臺(tái)樣機(jī)的鑒定要求如表2所示。

1.4 設(shè)備鑒定的方法

對(duì)于設(shè)備的環(huán)境鑒定，一般采用試驗(yàn)方法；

對(duì)于設(shè)備的抗震鑒定，可采用試驗(yàn)法、分析法、相似法、經(jīng)驗(yàn)法或以上方法的適當(dāng)組合。

2 設(shè)備的環(huán)境鑒定

從表2可知，8臺(tái)樣機(jī)沒(méi)有事故環(huán)境工況下的LOCA鑒定要求。本課題所涉及的電氣設(shè)備鑒定要求均為K3。這些電氣設(shè)備均按RCC-E[9]的要求進(jìn)行了環(huán)境鑒定或者被已作環(huán)境鑒定的同類設(shè)備所包絡(luò)。對(duì)于樣機(jī)本身，需作環(huán)境鑒定的是設(shè)備中含有的一些環(huán)境敏感的非金屬材料，如密封墊、潤(rùn)滑脂和油漆，這些材料的環(huán)境鑒定均按NB/T 20036.3[10]規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行。

3 設(shè)備的抗震鑒定

3.1 抗震鑒定方法選擇的一般原則

抗震鑒定方法的具體應(yīng)用應(yīng)遵守NB/T 20036.1[1]的要求。在選擇抗震鑒定方法時(shí)宜考慮待鑒定設(shè)備的安全功能、可能的失常、可利用的鑒定資源以及設(shè)備類型、尺寸、形狀、復(fù)雜性，是否實(shí)際可行，是否只憑結(jié)構(gòu)完整性就可評(píng)定所要求的安全功能，結(jié)論的可靠性等。

對(duì)于非能動(dòng)機(jī)械設(shè)備的抗震鑒定，選擇分析法進(jìn)行；對(duì)于無(wú)核電廠使用經(jīng)驗(yàn)的能動(dòng)機(jī)械設(shè)備，應(yīng)采用試驗(yàn)法鑒定其原型設(shè)備（特殊情況除外）。

抗震分析法是采用有限元分析的方法，利用ANSYS程序計(jì)算設(shè)備的固有頻率，然后采用譜分析（計(jì)算時(shí)采用的地震載荷譜為該項(xiàng)目同一類型同一結(jié)構(gòu)型式的所有核級(jí)設(shè)備地震譜的包絡(luò)譜）與靜力分析相結(jié)合的方法計(jì)算設(shè)備在自重、壓力、風(fēng)管載荷（如有）以及地震載荷共同作用下的應(yīng)力和變形，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行應(yīng)力評(píng)定。

抗震試驗(yàn)法鑒定的試驗(yàn)過(guò)程如下：

基準(zhǔn)試驗(yàn)：檢驗(yàn)正常運(yùn)行條件下的功能，并取得基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

老化試驗(yàn)（如有）：熱老化、輻照老化、運(yùn)行老化（磨損、振動(dòng)）；

地震試驗(yàn)：規(guī)定地震條件下的振動(dòng)和功能試驗(yàn)；

最終檢驗(yàn)：即最后的功能試驗(yàn)，以便與基準(zhǔn)試驗(yàn)比較。

3.2 核級(jí)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的抗震鑒定過(guò)程和結(jié)論

3.2.1 核級(jí)密閉型離心風(fēng)機(jī)和核級(jí)高壓軸流風(fēng)機(jī)的抗震鑒定過(guò)程

核級(jí)密閉型離心風(fēng)機(jī)和核級(jí)高壓軸流風(fēng)機(jī)的抗震鑒定采用試驗(yàn)法進(jìn)行。電機(jī)作為風(fēng)機(jī)的配套設(shè)備，與風(fēng)機(jī)一起進(jìn)行抗震試驗(yàn)，電機(jī)本身則采用相似法進(jìn)行驗(yàn)證?？拐鹪囼?yàn)的內(nèi)容和順序如下：

（1）基準(zhǔn)試驗(yàn)，包括：外觀及尺寸檢查、動(dòng)平衡檢驗(yàn)、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)、性能試驗(yàn)。

（2）極限工況性能，即20%超速試驗(yàn)。

（3）事故工況試驗(yàn)。

即地震試驗(yàn)，試驗(yàn)采用多頻波法在試驗(yàn)設(shè)備的三個(gè)正交軸向同時(shí)輸入人工模擬加速度（取地震阻尼比為4%時(shí)樓層反應(yīng)譜的包絡(luò)譜水平方向和垂直方向的最大加速度）時(shí)程進(jìn)行激振。采用地震臺(tái)臺(tái)面的加速度信號(hào)作為控制信號(hào)完成5次1/2DBE和1次DBE地震試驗(yàn)，每次試驗(yàn)時(shí)間30s。在模擬核安全事故工況下，風(fēng)機(jī)可靠運(yùn)行。該試驗(yàn)在中國(guó)核動(dòng)力設(shè)計(jì)研究院核級(jí)設(shè)備鑒定實(shí)驗(yàn)室完成。

樓層反應(yīng)譜的包絡(luò)譜是按照核級(jí)風(fēng)機(jī)所處的廠房和標(biāo)高，選擇每個(gè)廠房最大的樓層反應(yīng)譜，然后對(duì)所選擇的樓層反應(yīng)譜以4%阻尼比的曲線進(jìn)行包絡(luò)分析得到核級(jí)風(fēng)機(jī)的SSE包絡(luò)譜；

（4）最終檢驗(yàn)，是地震試驗(yàn)后的功能試驗(yàn)，與基準(zhǔn)試驗(yàn)進(jìn)行比較。

抗震試驗(yàn)結(jié)果表明，核級(jí)密閉型離心風(fēng)機(jī)和核級(jí)高壓軸流風(fēng)機(jī)樣機(jī)在正常工況下以及事故工況下都滿足規(guī)范的要求。

3.2.2 核級(jí)密閉型隔離風(fēng)閥和核級(jí)多葉密閉型止回風(fēng)閥的抗震鑒定過(guò)程

核級(jí)密閉型隔離風(fēng)閥和核級(jí)多葉密閉型止回風(fēng)閥的抗震鑒定采用分析法和試驗(yàn)法相結(jié)合的方法進(jìn)行。

（1）分析法的抗震鑒定過(guò)程

對(duì)核級(jí)密閉型隔離風(fēng)閥和核級(jí)多葉密閉型止回風(fēng)閥進(jìn)行抗震分析與應(yīng)力評(píng)定，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的完整性，分析過(guò)程中采用有限元分析方法。

考慮核級(jí)風(fēng)閥垂直管道和水平管道安裝方式，以及最不利的風(fēng)管安裝方式的核級(jí)風(fēng)閥開(kāi)、關(guān)兩個(gè)位置建立有限元模型。

確定邊界條件：在進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，核級(jí)風(fēng)閥的邊界條件是將風(fēng)閥與風(fēng)管連接的所有螺栓的對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行固定約束；在進(jìn)行風(fēng)閥抗震分析時(shí)，模型邊界條件為在支架和預(yù)埋板焊接處的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上固支約束。

確定載荷組合和地震載荷，地震載荷采用核級(jí)風(fēng)閥樓層反應(yīng)譜的SSE包絡(luò)譜。

確定評(píng)定準(zhǔn)則，包括設(shè)備應(yīng)力限值，支承件應(yīng)力限值，變形限值，連接螺栓應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則。

利用ANSYS程序計(jì)算核級(jí)風(fēng)閥的固有頻率，然后采用譜分析的方法計(jì)算核級(jí)風(fēng)閥在自重、壓力、地震載荷共同作用下的應(yīng)力和變形。計(jì)算和評(píng)定的內(nèi)容有：模態(tài)分析，地震響應(yīng)分析，各使用等級(jí)下計(jì)算和評(píng)定（包括應(yīng)力分析結(jié)果及評(píng)定，變形分析結(jié)果及評(píng)定，軸的評(píng)定，連接螺栓的評(píng)定）。

依照RCC-M[11]規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定，結(jié)構(gòu)的變形參考ASME AG-1[12]以及BTR67C00503[13]進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果表明核級(jí)密閉型隔離風(fēng)閥和核級(jí)多葉密閉型止回風(fēng)閥的設(shè)計(jì)滿足規(guī)范的要求。

（2）試驗(yàn)法的抗震鑒定過(guò)程

核級(jí)密閉型隔離風(fēng)閥和核級(jí)多葉密閉型止回風(fēng)閥分別采用垂直管道和水平管道兩種安裝方式進(jìn)行抗震試驗(yàn)以實(shí)現(xiàn)包絡(luò)。電動(dòng)裝置作為核級(jí)密閉型隔離風(fēng)閥的配套設(shè)備，與核級(jí)密閉型隔離風(fēng)閥一起進(jìn)行抗震試驗(yàn)。電動(dòng)裝置本身也按IEEE 382-2006[14]采用抗震試驗(yàn)的方法單獨(dú)進(jìn)行驗(yàn)證。

a.基準(zhǔn)試驗(yàn)，包括：外觀及尺寸檢查、動(dòng)作靈活性試驗(yàn)、外泄漏試驗(yàn)、內(nèi)泄漏試驗(yàn)

b.極限工況試驗(yàn)，包括：葉片變形量試驗(yàn)、最大耐壓試驗(yàn)

c.性能隨時(shí)間變化試驗(yàn)，包括：500次循環(huán)試驗(yàn)、循環(huán)試驗(yàn)后外觀及尺寸檢查、循環(huán)試驗(yàn)后外泄漏試驗(yàn)、循環(huán)試驗(yàn)后內(nèi)泄漏試驗(yàn)

d.事故工況試驗(yàn)

即地震試驗(yàn)，試驗(yàn)采用多頻波法在試驗(yàn)設(shè)備的三個(gè)正交軸向同時(shí)輸入人工模擬加速度（取地震阻尼比為4%時(shí)樓層反應(yīng)譜的包絡(luò)譜水平方向和垂直方向的最大加速度）時(shí)程進(jìn)行激振。采用地震臺(tái)臺(tái)面的加速度信號(hào)作為控制信號(hào)完成5次1/2DBE和1次DBE地震試驗(yàn)，每次試驗(yàn)時(shí)間30s。在模擬地震試驗(yàn)過(guò)程中及試驗(yàn)后，風(fēng)閥能夠保持結(jié)構(gòu)完整性的同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)其功能。該試驗(yàn)在中國(guó)核動(dòng)力設(shè)計(jì)研究院核級(jí)設(shè)備鑒定實(shí)驗(yàn)室完成。

e.最終檢驗(yàn)，是地震試驗(yàn)后的功能試驗(yàn)，與基準(zhǔn)試驗(yàn)進(jìn)行比較。

抗震試驗(yàn)結(jié)果表明，核級(jí)密閉型隔離風(fēng)閥和核級(jí)多葉密閉型止回風(fēng)閥樣機(jī)在正常工況下以及事故工況下都滿足規(guī)范的要求。

3.2.3 核級(jí)冷風(fēng)機(jī)組的抗震鑒定

核級(jí)冷風(fēng)機(jī)組的抗震鑒定采用分析法進(jìn)行。風(fēng)機(jī)作為核級(jí)冷風(fēng)機(jī)組的配套設(shè)備，與核級(jí)冷風(fēng)機(jī)組一起進(jìn)行整機(jī)的抗震分析，風(fēng)機(jī)和電機(jī)本身的能動(dòng)性則通過(guò)相似法被已通過(guò)鑒定的同類設(shè)備所包絡(luò)。

首先，對(duì)核級(jí)冷風(fēng)機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，建立有限元模型，確定邊界條件，分析材料特性；

其次分析載荷條件，分別對(duì)自重（DW）、壓力（P）和地震載荷進(jìn)行分析，確定使用等級(jí)及對(duì)應(yīng)的載荷組合方式，地震載荷采用核級(jí)冷風(fēng)機(jī)組樓層反應(yīng)譜的SSE包絡(luò)譜；

然后確定評(píng)定準(zhǔn)則，包括應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則、變形評(píng)定準(zhǔn)則和連接螺栓評(píng)定準(zhǔn)則；

接著進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)果并根據(jù)RCC-M[11]和ASME AG-1[12]對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)定，分別得出模態(tài)分析結(jié)果、地震響應(yīng)分析結(jié)果、各使用等級(jí)下計(jì)算結(jié)果及評(píng)定（包括應(yīng)力分析結(jié)果及評(píng)定、變形分析結(jié)果、連接螺栓評(píng)定、預(yù)埋板載荷）；

最后依照RCC-M[11]規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定，結(jié)構(gòu)的變形參考ASME AG-1[12]進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果表明核級(jí)冷風(fēng)機(jī)組的設(shè)計(jì)滿足規(guī)范的要求。

3.2.4 核級(jí)高壓致密型過(guò)濾器箱體的抗震鑒定

核級(jí)高壓致密型過(guò)濾器箱體的抗震鑒定采用力學(xué)分析法進(jìn)行。

首先，對(duì)核級(jí)高壓致密型過(guò)濾器箱體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，建立有限元模型，確定邊界條件，分析材料特性；

其次分析載荷條件，分別對(duì)自重（DW）、靜壓（P）、風(fēng)管施加的載荷（W）和地震載荷進(jìn)行分析，確定使用等級(jí)及對(duì)應(yīng)的載荷組合方式，地震載荷采用核級(jí)高壓致密型過(guò)濾器箱體樓層反應(yīng)譜的SSE包絡(luò)譜；

然后確定評(píng)定準(zhǔn)則，包括應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則、連接螺栓評(píng)定準(zhǔn)則和穩(wěn)定性評(píng)定準(zhǔn)則；

接著進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)果并根據(jù)RCC-M[11]對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)定，分別得出模態(tài)分析結(jié)果、地震響應(yīng)分析結(jié)果、各使用等級(jí)下計(jì)算結(jié)果及評(píng)定（包括應(yīng)力分析結(jié)果及評(píng)定、變形分析結(jié)果、連接螺栓評(píng)定、預(yù)埋板載荷、焊縫強(qiáng)度校核、穩(wěn)定性（屈曲）分析和評(píng)定）；

最后依照RCC-M[11]規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定，結(jié)構(gòu)的變形參考BTR67C00703[15]進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果表明核級(jí)高壓致密型過(guò)濾器箱體的設(shè)計(jì)滿足規(guī)范的要求。

3.2.5 核級(jí)預(yù)過(guò)濾器/高效過(guò)濾器排架的抗震鑒定

核級(jí)預(yù)過(guò)濾器/高效過(guò)濾器排架的抗震鑒定采用力學(xué)分析法進(jìn)行。

首先，對(duì)核級(jí)預(yù)過(guò)濾器/高效過(guò)濾器排架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，建立有限元模型，確定邊界條件，分析材料特性；

其次分析載荷條件，分別對(duì)自重（DW）、靜壓（P）和地震載荷進(jìn)行分析，確定使用等級(jí)及對(duì)應(yīng)的載荷組合方式，地震載荷采用核級(jí)預(yù)過(guò)濾器/高效過(guò)濾器排架樓層反應(yīng)譜的SSE包絡(luò)譜；

然后確定評(píng)定準(zhǔn)則，包括應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則和連接螺栓評(píng)定準(zhǔn)則；

接著進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)果并根據(jù)RCC-M[11]對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)定，分別得出模態(tài)分析結(jié)果、地震響應(yīng)分析結(jié)果、各使用等級(jí)下計(jì)算結(jié)果及評(píng)定（包括應(yīng)力分析結(jié)果及評(píng)定、變形分析結(jié)果、連接螺栓評(píng)定）；

最后依照RCC-M[11]規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定，結(jié)構(gòu)的變形參考BTR67C00703[15]進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果表明核級(jí)預(yù)過(guò)濾器/高效過(guò)濾器排架的設(shè)計(jì)滿足規(guī)范的要求。

3.2.6 DVD分體式核級(jí)空氣處理機(jī)組的抗震鑒定過(guò)程

DVD分體式核級(jí)空氣處理機(jī)組由4部分組成，分別為：DVD-AHU通風(fēng)機(jī)組、DVD-AHU壓縮機(jī)機(jī)組、DVD-AHU室外機(jī)組和DVD-AHU就地控制柜，采用冷媒管路和電纜將4部分連接而成的整套機(jī)組。

DVD分體式核級(jí)空氣處理機(jī)組均安裝在同一廠房同一標(biāo)高的樓層上，選擇4%阻尼比的曲線作為其SSE反應(yīng)譜。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)第三代先進(jìn)壓水堆核電站核島通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備：核級(jí)密閉型離心風(fēng)機(jī)、核級(jí)高壓軸流風(fēng)機(jī)、核級(jí)密閉型隔離風(fēng)閥、核級(jí)多葉密閉型止回風(fēng)閥、核級(jí)冷風(fēng)機(jī)組、DVD分體式核級(jí)空氣處理機(jī)組、核級(jí)高壓致密型過(guò)濾器箱體和核級(jí)預(yù)過(guò)濾器/高效過(guò)濾器排架的鑒定分別進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)核島通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的抗震鑒定如何應(yīng)用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析總結(jié)，總結(jié)出適用于核島通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的樣機(jī)選擇原則，鑒定方法的選擇，包絡(luò)性地震載荷的確定，鑒定的實(shí)施，和鑒定結(jié)論。該鑒定總結(jié)對(duì)于其他核電站核島通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)核級(jí)設(shè)備的鑒定具有較高的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

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*通訊作者：甘瑞霞（1974，2-），女，本科，工學(xué)學(xué)士，空調(diào)制冷工程師，現(xiàn)就職于南方風(fēng)機(jī)股份有限公司，任職研發(fā)工程師，主要從事暖通空調(diào)系統(tǒng)凈化設(shè)備、空調(diào)設(shè)備的研發(fā)與設(shè)計(jì)等工作。