張志強(qiáng)，孫朝朋(中國核工業(yè)二三建設(shè)有限公司，北京 101300)

0 引言

高溫氣冷堆示范電站(以下簡稱“高溫堆”)作為十六個(gè)國家科技重大專項(xiàng)之一，是我國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有第四代技術(shù)特征的先進(jìn)核能技術(shù)，具有固有安全特性，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，商業(yè)化前景非常廣闊。一回路主要設(shè)備包括：反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、熱氣導(dǎo)管殼體及熱氣導(dǎo)管、堆內(nèi)金屬和陶瓷構(gòu)件等主要設(shè)備，這些大型復(fù)雜設(shè)備是高溫堆的心臟，安裝條件苛刻，精度要求高，難度極大。

因高溫堆反應(yīng)堆未設(shè)計(jì)專門的主設(shè)備調(diào)整設(shè)備，公司設(shè)計(jì)了一種主設(shè)備自動(dòng)找正調(diào)平裝置，該裝置主要有三部分組成，分別為鋼結(jié)構(gòu)梁、拉索系統(tǒng)(堆芯殼提升系統(tǒng))和液壓調(diào)整系統(tǒng)，其中壓力容器工況和蒸汽發(fā)生器工況類似，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，因金屬堆芯殼需提升1.2 m，故拉索系統(tǒng)在金屬堆芯殼工況更改為堆芯提升系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。一回路主設(shè)備調(diào)整流程為：首先用拉索系統(tǒng)連接被調(diào)的主設(shè)備和位于一回路艙室墻體上表面的結(jié)構(gòu)梁，通過激光跟蹤儀測量系統(tǒng)實(shí)測被調(diào)主設(shè)備位置數(shù)據(jù)，然后對比分析主設(shè)備的偏差值，通過總控臺(tái)控制位于結(jié)構(gòu)梁四角的三維液壓調(diào)整機(jī)聯(lián)動(dòng)位移，實(shí)現(xiàn)主設(shè)備x、y、z方向位移及繞z軸旋轉(zhuǎn)的精確調(diào)整，因此如何完成調(diào)整裝置現(xiàn)場組裝達(dá)到可用狀態(tài)，是高溫氣冷堆示范工程一回路主設(shè)備調(diào)整的先決條件，需要對其應(yīng)用過程遇到的難題進(jìn)行研究、解決，以確保調(diào)整裝置滿足使用要求。

圖1 壓力容器及蒸汽發(fā)生器調(diào)整工況三維圖

圖2 金屬堆內(nèi)構(gòu)件調(diào)整工況三維圖

1 主設(shè)備自動(dòng)找正調(diào)平裝置應(yīng)用難點(diǎn)分析

拉索系統(tǒng)由高強(qiáng)度材料拉板組裝而成，通用組裝流程，需要搭建臨時(shí)組裝平臺(tái)，但由于施工部位位于核反應(yīng)堆主艙室，艙室未設(shè)置臨時(shí)平臺(tái)生根節(jié)點(diǎn)，且主設(shè)備安裝時(shí)間緊，沒有充裕時(shí)間進(jìn)行安裝平臺(tái)搭設(shè)，故需根據(jù)示范工程艙室環(huán)境特點(diǎn)對拉索系統(tǒng)的組裝邏輯進(jìn)行優(yōu)化。

鋼結(jié)構(gòu)梁由多段短梁通過螺栓連接組成[1]，調(diào)整不同設(shè)備工況時(shí)，采用不同的組合形式，在蒸汽發(fā)生器調(diào)整工況應(yīng)用時(shí)，需將延長梁拆除，通過高強(qiáng)螺栓將端梁與中間梁組裝，縮短鋼結(jié)構(gòu)梁的跨距，以滿足蒸汽發(fā)生器調(diào)整需求，但該鋼結(jié)構(gòu)梁的底板連接使用的是鉸制孔高強(qiáng)螺栓連接，鉸制孔螺栓在鋼結(jié)構(gòu)梁制作時(shí)進(jìn)行配鉆而成，精度較高。如將原配鉆的延長梁拆除，端梁與中間梁組合時(shí)，底部鉸制孔必然會(huì)存在錯(cuò)位情況，導(dǎo)致無法完成鋼結(jié)構(gòu)的二次組裝，影響調(diào)整裝置在示范工程的應(yīng)用。

2 主設(shè)備自動(dòng)找正調(diào)平裝置應(yīng)用分析

2.1 拉索系統(tǒng)組裝邏輯優(yōu)化

鋼結(jié)構(gòu)梁與液壓調(diào)整系統(tǒng)組裝完成后，進(jìn)行拉索系統(tǒng)組裝，拉拉索系統(tǒng)主要有吊耳、可調(diào)拉桿、過渡拉板、雙拉板、三拉板、頂部拉板和連接各零部件的銷軸組成，每條拉索重量為3 043.68 kg。依據(jù)施工環(huán)境，具體組裝方式可以采取艙室外組裝或艙室內(nèi)組裝。如采取艙室外組裝方式，拉索系統(tǒng)組裝進(jìn)度應(yīng)與鋼結(jié)構(gòu)梁吊裝進(jìn)度匹配，此時(shí)組裝不涉及高空作業(yè)，也無需搭設(shè)臨時(shí)組裝平臺(tái)，組裝邏輯順序?yàn)槿S液壓調(diào)整機(jī)就位，鋼結(jié)構(gòu)梁與拉索系統(tǒng)在艙室外組裝，然后整體吊裝至液壓調(diào)整機(jī)上，其組裝方式屬于通用方式。

高溫氣冷堆示范工程在主設(shè)備安裝完成后就封閉了頂部吊裝孔，因此蒸汽發(fā)生器工況下的組裝方式，需在反應(yīng)堆艙室內(nèi)進(jìn)行組裝，理想狀態(tài)下，應(yīng)將拉索從鋼結(jié)構(gòu)梁頂部逐根連接穿入，最后完成拉索系統(tǒng)與被調(diào)整設(shè)備的連接。本調(diào)整裝置的拉索系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸兩端都大于鋼結(jié)構(gòu)梁的開孔尺寸，故需要將拉索系統(tǒng)拆分為三段，通過多次上下調(diào)整，完成于拉索系統(tǒng)下部的可調(diào)拉桿、拉板、頂部拉板連接，詳細(xì)連接步驟如下：

(1)準(zhǔn)備，首先把各吊耳與壓力容器筒體通過螺柱、螺母、銷軸(緊固力矩需符合設(shè)計(jì)文件要求)等連接在一起，可調(diào)拉桿調(diào)整至最長放置于壓力容器法蘭面上(做好法蘭面的保護(hù)措施及防止可調(diào)拉桿掉落的措施)，然后將過渡拉板與雙拉板、三拉板通過銷軸連接，雙拉板與三拉板通過銷軸連接，備用。

(2)中間段的拉板組裝，將鋼絲繩等吊裝繩通過三拉板頂部的銷軸先把一組過渡拉板與雙拉板、三拉板通過鋼結(jié)構(gòu)梁的吊耳孔下放(吊耳孔的尺寸為400 mm×205 mm，過渡拉板的尺寸為360 mm×204 mm，下放時(shí)應(yīng)隨時(shí)檢查，防止過渡拉板與吊耳孔發(fā)生卡死現(xiàn)象)，當(dāng)下放到一定位置時(shí)，在雙拉板之間的縫隙中插入一塊40 mm厚的長條板，使這組拉板卡在鋼結(jié)構(gòu)梁上。

(3)中間段與下段組裝，將吊裝繩索換成長度至少為5 m的吊裝帶，吊裝帶與銷軸連接完畢后，拆除卡板，將過渡拉板、雙拉板及三拉板下放，將過渡拉板與可調(diào)拉桿通過銷軸連接，緩緩起吊已經(jīng)連接好的組件(包括可調(diào)拉桿、過渡拉板、雙拉板及三拉板)，并使用卡板將這組拉板卡在鋼結(jié)構(gòu)梁上。

(4)與上段組裝，抽出吊裝繩和三拉板頂部銷軸，通過吊裝繩與輔助銷軸(也可用吊裝繩直接穿過頂部三拉板的上部圓孔)吊運(yùn)一組頂部拉板與雙拉板的組合件，通過銷軸連接這組組合件與三拉板頂部相連，稍稍起吊這時(shí)的拉索系統(tǒng)，移除卡板，再進(jìn)行下放，當(dāng)頂部三拉板的中部圓孔與鋼結(jié)構(gòu)梁上部吊耳的圓孔對齊時(shí)，進(jìn)行穿軸。

(5)拉索與被調(diào)整設(shè)備組裝，穿好銷軸后，移除吊裝繩和輔助銷軸，工作人員下到壓力容器筒體頂部進(jìn)行可調(diào)拉桿與平衡板的銷軸連接，完成本組拉索系統(tǒng)的安裝。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)梁組裝優(yōu)化

主設(shè)備自動(dòng)找正調(diào)平裝置在調(diào)整蒸汽發(fā)生器時(shí)，需將延長梁拆除，重新組裝鋼結(jié)構(gòu)梁。為防止梁底部連接的鉸制孔螺栓無法安裝，考慮將底部鉸制孔高強(qiáng)螺栓更換為與梁側(cè)板連接的大六角高強(qiáng)螺栓，從而實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)梁在施工現(xiàn)場二次組裝，需對該情況進(jìn)行的校核和計(jì)算。

2.2.1 相關(guān)系數(shù)及參數(shù)

對于此工況，吊點(diǎn)數(shù)均為4，考慮到此種作業(yè)方式雖然屬于“超靜定”，但吊起蒸汽發(fā)生器筒體時(shí)，四個(gè)吊點(diǎn)均設(shè)有可調(diào)節(jié)長度的可調(diào)拉桿。故可認(rèn)為四個(gè)吊點(diǎn)受力基本相同，為安全起見，選不均衡系數(shù)K=1.1。

吊裝作業(yè)中，采用的起升方式為三維液壓千斤頂頂升，動(dòng)作非常平穩(wěn)，鋼結(jié)構(gòu)本身出現(xiàn)的振動(dòng)很小，起升沖擊系數(shù)取φ1=1.05。

起升狀態(tài)可類比GB/T 3811—2008 《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中的起升狀態(tài)級別HC1，即“起升離地平穩(wěn)”，這時(shí)，動(dòng)載系數(shù)取φ2=1.05。

其中：被吊物蒸汽發(fā)生器筒體的質(zhì)量：mZT=500 t；每套索具及相關(guān)零部件的質(zhì)量：mL=3.2 t(數(shù)量為4)；自動(dòng)找正調(diào)平裝置鋼構(gòu)梁的質(zhì)量：mZL=50 t。

2.2.2 螺栓連接校核

四個(gè)吊點(diǎn)呈中心對稱分布，整個(gè)系統(tǒng)的重心與幾何中心重合，則四個(gè)支承點(diǎn)的支反力均相等。

(1)支反力：

(2)連接處的彎矩：

式中：L為支承點(diǎn)到連接處的距離L=1.5 m。

鋼結(jié)構(gòu)梁的連接中，上蓋板頂在一起，腹板和下蓋板留有間隙，忽略腹板處的連接，認(rèn)為僅下蓋板的連接承受拉力，這樣簡化計(jì)算偏于安全。則下蓋板的拉力：

式中：h為上下蓋板的中心距，h=1.63 m。

下蓋板連接處每側(cè)均有18個(gè)螺栓，下蓋板上下均有連接板，摩擦面的個(gè)數(shù)為Zm=2。

單個(gè)螺栓的承載能力：

式中：μ為抗滑移系數(shù)(摩擦系數(shù))，對于被連接材料為Q345，連接處結(jié)合面采用鋼絲刷清浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面，μ=0.35；Pg為高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力，對于M30的10.9級螺栓，取Pg=354 kN；n為安全系數(shù)，取n=1.34。

連接處的螺栓群能承受的總拉力：

結(jié)論：由此可見，改成高強(qiáng)螺栓能滿足要求。

3 應(yīng)用效果

3.1 技術(shù)指標(biāo)應(yīng)用

目前，調(diào)整裝置已成功應(yīng)用于示范工程2臺(tái)壓力容器筒體、2臺(tái)金屬堆芯殼和2臺(tái)蒸汽發(fā)生器的調(diào)整工作。調(diào)整后的壓力容器筒體的水平度、平行度、標(biāo)高及同軸度實(shí)測值均滿足要求；金屬堆芯殼工況下可滿足提升1.2 m工況要求，且安裝參數(shù)滿足要求；蒸汽發(fā)生器工況下，鋼結(jié)構(gòu)梁組裝及拉索系統(tǒng)組裝應(yīng)用情況良好，同時(shí)順利實(shí)現(xiàn)了壓力容器殼體、熱氣導(dǎo)管殼體和蒸汽發(fā)生器殼體組對，安裝參數(shù)及精度也均符合技術(shù)要求[3]。

3.2 整體應(yīng)用效果

高溫氣冷堆主設(shè)備自動(dòng)找正調(diào)平裝置應(yīng)用后獲得如下效果：提高工程質(zhì)量：調(diào)整裝置運(yùn)行精度高、操作簡便，量化實(shí)現(xiàn)主設(shè)備安裝的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，有效提高安裝效率與質(zhì)量；改善工作環(huán)境，保證施工安全：調(diào)整裝置的操作在反應(yīng)堆檢修大廳進(jìn)行，減少了在艙室內(nèi)作業(yè)人員數(shù)量，極大地改善了工人的工作環(huán)境，有力提高了施工安全；縮短主設(shè)備安裝周期：調(diào)整裝置在進(jìn)行主設(shè)備安裝調(diào)整時(shí)，通過同步控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，節(jié)約人員投入，減少重復(fù)操作?？s短主設(shè)備的安裝周期，保障一回路主設(shè)備安裝的施工進(jìn)度。

4 結(jié)語

一回路主設(shè)備的安裝是高溫堆工程建設(shè)的關(guān)鍵難點(diǎn)之一，通過應(yīng)用該調(diào)整裝置，有效提升了一回路主設(shè)備安裝的質(zhì)量和效率，有力推動(dòng)了高溫堆示范工程的順利建成。同時(shí)調(diào)整裝置的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)在后續(xù)60萬kW高溫堆電站一回路艙室結(jié)構(gòu)不變的情況下，可以直接使用，為高溫氣冷堆商業(yè)化推廣提供重要的技術(shù)支撐。液壓提升或頂升技術(shù)目前在大型鋼結(jié)構(gòu)、橋梁、造船等領(lǐng)域已應(yīng)用較為廣泛，在核電站建設(shè)中應(yīng)用較少，論文所取得的成果和經(jīng)驗(yàn)為其他核電站大、重型設(shè)備安裝調(diào)整裝置應(yīng)用提供了思路和參考經(jīng)驗(yàn)。