劉小戶，李 泳，王建濤

（西安核設(shè)備有限公司，陜西 西安）

引言

華龍一號(hào)堆型是我國(guó)根據(jù)日本福島核事故經(jīng)驗(yàn)反饋及“中國(guó)安全標(biāo)準(zhǔn)”自主研發(fā)的三代百萬千瓦級(jí)壓水堆核電技術(shù)，也是我國(guó)核電走上世界舞臺(tái)的重大標(biāo)志性創(chuàng)新成果[1]?！叭A龍一號(hào)”堆型中安全注射箱設(shè)備（安注箱）是核電站非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其主要功能是在發(fā)生一回路失水事故時(shí)提供淹沒堆芯的硼酸溶液，以保持反應(yīng)堆長(zhǎng)期處于安全停堆狀態(tài)，是保護(hù)一回路系統(tǒng)中核反應(yīng)堆堆芯的重要應(yīng)急安全設(shè)備[2]。

安注箱屬于大型球罐形壓力容器，其中球罐主要制造工藝包括焊接、無損檢測(cè)及打磨拋光等，這些工藝均需將球罐轉(zhuǎn)動(dòng)至合適點(diǎn)位進(jìn)行加工。傳統(tǒng)焊接滾輪架只能實(shí)現(xiàn)圓筒形工件的轉(zhuǎn)動(dòng)，無法實(shí)現(xiàn)球形容器的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，本文基于對(duì)傳統(tǒng)焊接滾輪架結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)的分析，設(shè)計(jì)了適合于安注箱球形設(shè)備的固定傾斜式焊接滾輪架，以滿足制造過程中設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)需求，同時(shí)避免了因不當(dāng)放置及轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致的磕碰表面質(zhì)量事件。

1 傳統(tǒng)焊接滾輪架的初探

在壓力容器制造中，圓筒形工件的焊接、檢測(cè)等加工時(shí)需要使用焊接滾輪架實(shí)現(xiàn)工件的旋轉(zhuǎn)，傳統(tǒng)焊接滾輪架主要由以下幾部分組成：

（1） 速度控制系統(tǒng)

目前傳統(tǒng)焊接滾輪架速度控制系統(tǒng)主要包括有速度反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)、可預(yù)置電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的直流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)[3]。有速度反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)使用于傳統(tǒng)焊接滾輪架，速度控制精度較低；但可通過速度控制器調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，將直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速控制在緩慢狀態(tài)，可滿足大型球形設(shè)備的制造要求。

（2） 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

傳統(tǒng)焊接滾輪架采用直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)同步齒輪帶，經(jīng)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，將動(dòng)力最終傳送給各個(gè)滾輪[4]。運(yùn)用簡(jiǎn)單機(jī)械傳動(dòng)原理，將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，以同步齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)過渡至滾輪，致使?jié)L輪轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪表面與設(shè)備工件表面接觸形成摩擦力，將設(shè)備工件轉(zhuǎn)動(dòng)至加工面進(jìn)行加工制造。

（3） 防偏移結(jié)構(gòu)

設(shè)備制造過程中，對(duì)其表面質(zhì)量要求較高，應(yīng)選擇防偏移功能時(shí)，注意防偏移措施。設(shè)備制造過程中發(fā)生偏移，會(huì)使加工構(gòu)件與滾輪架整體載荷立場(chǎng)發(fā)生偏移，部分接觸點(diǎn)或面壓力增大，可能會(huì)對(duì)工件表面產(chǎn)生質(zhì)量影響，因此加工過程中防偏移結(jié)構(gòu)至關(guān)重要[5]。

2 傾斜式焊接滾輪架的方案設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)核工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，華龍一號(hào)球形安注箱采用了與以往不同的球罐形結(jié)構(gòu)，該設(shè)備對(duì)加工制造要求標(biāo)準(zhǔn)高、要求嚴(yán)。為解決安注箱制造過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)問題，本文通過對(duì)傳統(tǒng)焊接滾輪架的結(jié)構(gòu)、性能和特點(diǎn)進(jìn)行初探，并從其運(yùn)轉(zhuǎn)原理中受到啟發(fā)，對(duì)其進(jìn)行改造，以滿足球形安注箱制造工藝要求。

基于對(duì)傳統(tǒng)焊接滾輪架的初探，對(duì)其速度控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)以及防偏移機(jī)構(gòu)進(jìn)行了解，為改造后傾斜式焊接滾輪架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行取留。作者工作單位主要以大型設(shè)備制造為主，加工制造過程中，對(duì)加工點(diǎn)或面誤差容許度較大，因此在速度控制系統(tǒng)上，改造后的傾斜式焊接滾輪架保留傳統(tǒng)焊接滾輪架原有的速度控制系統(tǒng)，即有速度反饋的直流調(diào)控系統(tǒng)。防偏移結(jié)構(gòu)方面，同一組托輪不平行或兩個(gè)托輪的連線與筒體軸線不垂直，都會(huì)造成擋輪受力過大，同時(shí)也會(huì)造成托輪不正常磨損[6]。因此改造傳統(tǒng)焊接滾輪架傾向方向，使得滾輪與球形安注箱表面接觸面積增大，使其載荷立場(chǎng)分布平穩(wěn)，圖1 為改造后傾斜式焊接滾輪架結(jié)構(gòu)接觸面穩(wěn)定簡(jiǎn)示圖。

圖1 焊接滾輪與工件接觸面簡(jiǎn)示圖

由于瓜瓣組件焊接后，每道拼接縫需要進(jìn)行探傷（RT、PT 檢測(cè)）、焊縫存在缺陷時(shí)還需要返工焊接、球罐上各管座焊接及無損檢測(cè)、打磨拋光、清潔等均需要將球罐旋轉(zhuǎn)至合適位置，而現(xiàn)有的轉(zhuǎn)胎只能實(shí)現(xiàn)圓筒形結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)，不能滿足球罐形結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了球罐設(shè)備的專用轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備。為了滿足安注箱球罐制造過程的轉(zhuǎn)動(dòng)需求，針對(duì)現(xiàn)有轉(zhuǎn)胎只能實(shí)現(xiàn)圓筒形轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)狀，提供一種安注箱球罐部件旋轉(zhuǎn)用轉(zhuǎn)胎裝置，使其適用放置球罐容器及球罐容器的轉(zhuǎn)動(dòng)。

“華龍一號(hào)”安注箱主要由球罐形組件和裙座組件組成[7]，其中球罐形組件由6 片瓜瓣和組成的瓜瓣組件、上下封頭及管座等組成，直徑約5.2 m，凈重約40 t，球形安注箱結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 球形安注箱結(jié)構(gòu)圖及參數(shù)

根據(jù)瓜瓣組件直徑、重量及結(jié)構(gòu)，選用兩臺(tái)60 t主動(dòng)輪滾輪，通過繪制組裝結(jié)構(gòu)圖測(cè)繪零部件尺寸、加工及組裝各零部件、調(diào)試等步驟，實(shí)現(xiàn)球罐在新裝置上的可控旋轉(zhuǎn)。技術(shù)核心是確定轉(zhuǎn)胎之間的間距、底部?jī)A斜角度至適當(dāng)位置，保證放置工件時(shí)轉(zhuǎn)胎上8個(gè)滾輪中心垂直指向球罐中心，使球罐的重心與8 個(gè)滾輪的承重中心接近重合。調(diào)整兩臺(tái)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)胎的同步，使其在兩個(gè)主動(dòng)輪的帶動(dòng)下可以實(shí)現(xiàn)球罐平穩(wěn)可控的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。

該安注箱球罐部件旋轉(zhuǎn)用轉(zhuǎn)胎裝置,是在60 t 轉(zhuǎn)胎底座下，增加一定的傾斜角度，但要保證不能使原有的滾輪受力狀態(tài)有太大變化，防止因受力方向變化，發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)胎轉(zhuǎn)軸和齒輪折斷的意外情況；同時(shí)根據(jù)瓜瓣組件吊耳的間距2 m，確定轉(zhuǎn)胎的滾輪的中心間距為1.5 m。模擬滾輪實(shí)際使用位置見圖3，根據(jù)模擬圖繪制滾輪底部?jī)A斜圖零部件加工圖見圖4。最終，根據(jù)以上構(gòu)件參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)加工制造并安裝。

圖3 滾輪實(shí)際使用模擬位置圖

圖4 滾輪底部?jī)A斜圖零部件加工圖（單位：mm）

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

通過設(shè)計(jì)方案，通過增加傳統(tǒng)焊接滾輪架底座支架，改造加工傾斜式焊接滾輪架，在試驗(yàn)樣機(jī)調(diào)試過程中，如發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)胎受到球罐的重力后轉(zhuǎn)胎滾輪翹起，此時(shí)需要將翹起的滾輪位置固定；如8 個(gè)滾輪中，有個(gè)別滾輪與封頭接觸不到，需要將滾輪的位置進(jìn)行微調(diào)整，同時(shí)將轉(zhuǎn)胎的間距進(jìn)行微調(diào)，以滿足8 個(gè)滾輪與球罐面均能較好地接觸。調(diào)試完成后，需要對(duì)球罐瓜瓣組件進(jìn)行試旋轉(zhuǎn)；在試轉(zhuǎn)動(dòng)前，為防止意外發(fā)生，用吊車掛著瓜瓣組件，而吊繩處于放松狀態(tài)，以便觀察球罐隨著轉(zhuǎn)胎的轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

首次調(diào)試安裝完成后，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安注箱的球罐旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，運(yùn)行過程中，滾輪支架表面與安注箱球體表面完美貼合，在旋轉(zhuǎn)過程中未發(fā)生偏擺、跳動(dòng)，可全方位旋轉(zhuǎn)至加工施工目標(biāo)面，滿足使用需求。

4 結(jié)論

通過對(duì)適用于圓筒狀的傳統(tǒng)焊接滾輪架進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，包括對(duì)傳統(tǒng)焊接滾輪架速度控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)以及防偏移結(jié)構(gòu)進(jìn)行留取，支座工件加工參數(shù)的確定，最終研發(fā)出適用于華龍一號(hào)安注箱的傾斜式焊接滾輪架，并適用于其他大型球狀工件。

5 展望

傳統(tǒng)焊接滾輪架只適用于圓筒形工件，本文改造的傾斜式焊接滾輪架僅僅針對(duì)華龍一號(hào)安注箱進(jìn)行改造，由于安注箱尺寸固定不變，本傾斜式焊接滾輪架下方為固定傾斜，存在不可調(diào)節(jié)問題，因此僅僅適用于和安注箱尺寸大小相同的球形構(gòu)件。而核工業(yè)設(shè)備制造，除了安注箱構(gòu)件，還會(huì)有其他構(gòu)件面臨同樣問題，存在尺寸大小不一的情況，從傳統(tǒng)焊接滾輪架和傾斜式焊接滾輪架設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)上受啟發(fā)，同時(shí)以煤礦采煤工作面液壓支架為二次啟發(fā)，制造出一種自動(dòng)可調(diào)節(jié)式焊接滾輪架，適用于不同尺寸圓筒形和球形工件，設(shè)計(jì)理念見圖5，為我國(guó)核工業(yè)設(shè)備制造提供設(shè)計(jì)參考。

圖5 自動(dòng)可調(diào)節(jié)焊接滾輪架