CN111554415B - 一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，包括顶盖法兰、位于顶盖法兰下方的容器法兰，顶盖法兰上设置顶盖法兰导向孔，容器法兰上设置容器法兰导向孔，顶盖法兰导向孔为通孔，容器法兰导向孔为盲孔，且顶盖法兰导向孔与容器法兰导向孔相互正对；顶盖法兰导向孔顶部设置与顶盖法兰导向孔同心的沉槽，沉槽内设置导向套环；还包括穿过顶盖法兰导向孔进入容器法兰导向孔的导向定位栓，导向定位栓与导向套环、容器法兰导向孔均间隙配合。本发明的目的在于提供一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，以解决现有技术中的上述问题，实现节省顶盖盒盖和开盖的时间，减少操作人员暴露于辐射环境的时间、减小公差的目的。

Description

一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构

技术领域

本发明涉及核级主设备领域，具体涉及一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构。

背景技术

核级反应堆压力容器通常由顶盖和容器两大部分组成，两者通过螺栓紧固件连接。反应堆压力容器顶盖上设置有各种类型的测量管座和驱动机构管座，驱动线精密的错对中要求使得反应堆压力容器顶盖与容器在装配时两者的轴线必须保证高度同轴，因此顶盖与容器之间通常会设置导向定位结构以保证装配时的同轴度。图1是一种现有技术中常见的反应堆压力容器顶盖与容器之间的导向结构(如CN206632927U、CN20160875816)，这种导向结构先在容器法兰上选定2～3个螺纹孔来安装导向衬套，然后再将导向杆安装在衬套内，导向杆与衬套之间设计有适当的配合间隙，导向杆与顶盖法兰上对应的2～3个螺栓通孔之间同样也设计有适当的配合间隙，以此通过导向杆与衬套和顶盖法兰螺栓通孔之间的配合间隙来实现顶盖与容器之间的导向定位。图1所示的现有技术存在以下几个问题：

1)导向衬套占用了螺纹孔的位置，因此每次换料期间打开顶盖和盒上顶盖时都要先安装衬套然后再拆除衬套，操作繁琐，无疑会增加操作人员在辐射环境下的操作时间，间接的增加了操作人员接受的辐射剂量；

2)这种导向结构共包含了3处配合关系：衬套与容器法兰螺纹孔的间隙配合、导向杆与衬套的间隙配合、导向杆与顶盖法兰螺栓通孔的间隙配合，即顶盖与容器之间的安装同轴度受这3处配合关系的综合影响，再加之每一处间隙配合位置涉及到的两个零件自身的制造公差，这种导向结构最终导致顶盖与容器之间的同轴度公差最大可能会达到Φ7mm左右。这种量级的同轴度公差对于驱动线错对中要求特别严苛的堆型肯定是无法适用的；

3)这种导向结构涉及的容器法兰螺纹孔、导向衬套、导向杆、顶盖法兰螺栓通孔一旦在制造厂内加工制造完毕后，相互之间的配合间隙就已固定死，在制造完成后到首次安装前的这段时间内，如果因某种原因(例如运输变形)导致已加工好的配合间隙发生变化而产生顶盖安装时与导向杆卡涩的现象时，这种导向结构不具备现场调整功能，只有通过扩大导向杆与顶盖法兰螺栓通孔之间的配合间隙方式来解决卡涩问题，但这无疑会进一步的扩大顶盖与容器安装后的同轴度误差，给驱动线错对中带来不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，以解决现有技术中的上述问题，实现节省顶盖盒盖和开盖的时间，减少操作人员暴露于辐射环境的时间、减小公差的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，包括顶盖法兰、位于顶盖法兰下方的容器法兰，所述顶盖法兰上设置顶盖法兰导向孔，所述容器法兰上设置容器法兰导向孔，所述顶盖法兰导向孔为通孔，所述容器法兰导向孔为盲孔，且顶盖法兰导向孔与容器法兰导向孔相互正对；所述顶盖法兰导向孔顶部设置与顶盖法兰导向孔同心的沉槽，所述沉槽内设置导向套环；还包括穿过顶盖法兰导向孔进入容器法兰导向孔的导向定位栓，所述导向定位栓与导向套环、容器法兰导向孔均间隙配合。

本申请在顶盖法兰上设置顶盖法兰导向孔，在容器法兰上设置容器法兰导向孔，不占用既有螺栓孔位置，而是在两个相邻螺栓孔的中间位置单独设置专用的导向孔，这样可以避免现有的导向结构频繁装拆导向衬套的繁琐操作，节省反应堆压力容器顶盖盒盖和开盖的时间，减少操作人员暴露于辐射环境的时间。本申请中，最终影响顶盖与容器同轴度偏差的配合关系只有两处：一是导向定位栓与容器法兰导向孔的间隙配合，二是导向定位栓与固定在顶盖法兰上的导向套环的间隙配合。配合关系相比现有导向结构少，而且上述两处间隙配合公差可以设计得很小而不会出现卡涩现象，例如：导向定位栓与容器法兰导向孔的间隙配合可以设计成H6/f6，导向定位栓与固定在顶盖法兰上的导向套环的间隙配合可以设计成H7/f7，再累计考虑新导向结构各零件自身的制造公差，新导向定位结构最终引起顶盖与容器安装后的同轴度偏差可控制在Φ0.5mm以内，远远优于现有的导向结构，可以适用于驱动线错对中要求特别严苛的堆型。

进一步的，所述容器法兰导向孔包括与导向定位栓间隙配合的上、下两段精密配合段，其中位于上方的精密配合段的内径大于位于下方的精密配合段的内径。本方案用以增加导向定位栓插入后的稳定性，位于上方的精密配合段内径大、位于下方的精密配合段内径小，上、下两段精配合段与导向定位栓之间的间隙配合公差以及导向孔自身的位置度公差可以根据顶盖精定位需求设计得很精准。

进一步的，所述导向定位栓与导向套环之间通过双扇形圆柱配合面进行间隙配合。导向定位栓与导向套环的精配合面采用非整圆的双扇形圆柱配合面，目的是避免整圆柱配合面可能存在的卡涩现象。具体的，导向定位栓上端的配合面之所以设计成非整圆的双扇形，原因是对于配合间隙特别小的配合公差等级，采用整圆配合面在顶盖下落时容易发生卡涩现象，而设计成双扇形的非整圆配合面，放开了两个象限的配合约束，可以很好的避免卡涩现象的发生。

进一步的，所述导向套环通过定位销在顶盖法兰上定位，所述导向套环通过固定螺栓固定在顶盖法兰上。导向套环固定螺栓采用标准件，其作用只是紧固导向套环，对导向套环不起精定位作用。定位销则是对导向套环起最终精定位作用。

进一步的，定位销共两个，两个定位销沿导向套环径向相对；固定螺栓共两个，两个固定螺栓沿导向套环径向相对；两个定位销与两个固定螺栓呈十字形分布。导向套环通过两个定位销钉和两个固定螺栓安装在顶盖法兰导向孔上部的沉槽内，为顶盖提供最终的精导向和精定位。导向套环的内孔与导向定位栓上部的非整圆双扇形配合面作精配合，其间隙配合公差可以根据顶盖精定位需求设计得很精准(例如可以设计成H7/f7)，导向套环在顶盖法兰导向孔沉槽内的精确位置由两个定位销来确定，最终确保导向套环内孔相对于顶盖中心轴线的位置度达到顶盖精定位的需求。

进一步的，所述沉槽底面设置与所述定位销配合的销孔。

进一步的，每个定位销均包括产品定位销和安装工艺销，产品定位销和安装工艺销的名义直径相同、但与销孔的配合精度不同：所述产品定位销与销孔过盈配合，所述安装工艺销与销孔间隙配合。本方案具有可调整功能，可以轻松应对反应堆压力容器从出厂到首次安装期间因某些原因发生了轻微变形(如运输变形)而导致顶盖现场安装时与导向定位栓发生卡涩的风险，而且现场调整的技术难度小、工作量少，只需要根据顶盖初次试装的偏心情况对导向套环和顶盖法兰导向孔上端沉槽内的定位销孔进行偏心扩孔处理重新确定导向套环在沉槽内的位置即可解决变形引起的顶盖安装卡涩问题，关键是不会改变导向定位栓与导向套环之间的配合间隙，不会增加顶盖与容器安装后的同轴度偏差，也不会增加驱动线错对中偏差。

具体的，所述导向套环的安装方法包括：

S1、在制造厂内，导向套环和顶盖法兰导向孔上端沉槽内的销孔通过制造厂内的顶盖试装操作确定并一次装夹精加工到位，在出厂状态下，导向套环不安装到沉槽内；

S2、在顶盖现场安装期间，先用间隙配合的安装工艺销和固定螺栓将导向套环初步安装到顶盖法兰导向孔上端的沉槽内，然后安装导向定位栓，对顶盖进行初次试装；

S3、若顶盖能够顺利通过试装，则取出安装工艺销换上过盈配合的产品定位销将导向套环最终永久性的固定在顶盖法兰导向孔上端的沉槽内；

若顶盖不能顺利通过试装，则根据顶盖初次试装的偏心情况对导向套环和沉槽内的销孔进行偏心扩孔处理，重新确定导向套环在沉槽内的位置，并重新配制一套定位销。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，不占用顶盖与容器的螺栓孔位置，这样可以避免现有导向结构频繁装拆导向衬套的繁琐操作，节省顶盖盒盖和开盖的时间，减少操作人员暴露于辐射环境的时间。

2、本发明一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，最终影响顶盖与容器同轴度偏差的配合关系只有2处：一是导向定位栓与容器法兰导向孔的间隙配合，二是导向定位栓与固定在顶盖法兰上的导向套环的间隙配合。配合关系相比现有导向结构少，而且新导向定位结构中的2处间隙配合公差可以设计得很小而不会出现卡涩现象，同轴度偏差可远远优于现有的导向结构，可以适用于驱动线错对中要求特别严苛的堆型。

3、本发明一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，具有现场可调整功能，可以轻松应对反应堆压力容器从出厂到首次安装期间因某些原因发生了轻微变形(如运输变形)而导致顶盖现场安装时与导向定位栓发生卡涩的风险，而且现场调整的技术难度小、工作量少，只需要根据顶盖初次试装的偏心情况对导向套环和顶盖法兰导向孔上端沉槽内的定位销孔进行偏心扩孔处理重新确定导向套环在沉槽内的位置即可解决变形引起的顶盖安装卡涩问题，关键是不会改变导向定位栓与导向套环之间的配合间隙，不会增加顶盖与容器安装后的同轴度偏差，也不会增加驱动线错对中偏差。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有的反应堆压力容器顶盖与容器导向结构示意图；

图2为本申请具体实施例的导向定位结构装配图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为图2的俯视图；

图5为本申请具体实施例中容器法兰导向孔的结构图；

图6为本申请具体实施例中顶盖法兰导向孔结构图；

图7为图6中B向局部视图；

图8为本申请具体实施例中导向套环结构图；

图9为沿图8中D-D方向线的剖视图；

图10为本申请具体实施例中导向定位栓的结构图；

图11为沿图10中C-C方向线的剖视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-容器法兰上的螺纹孔；2-导向衬套；3-顶盖法兰上的螺栓通孔；4-导向杆；5-顶盖法兰；6-容器法兰；7-容器法兰导向孔；8-顶盖法兰导向孔；9-导向定位栓；10-导向套环；11-定位销；12-固定螺栓；13-沉槽；14-螺纹孔；15-销孔；16-精密配合段；17-定位销孔；18-螺栓通孔；19-导向定位栓下端的精配合面；20-双扇形圆柱配合面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，装配图见图2～图4所示，其由容器法兰导向孔7、顶盖法兰导向孔8、导向套环10、导向套环10定位销11和固定螺栓12、导向定位栓9五部分组成，每部分结构如下：

(1)容器法兰导向孔7结构如图5所示，导向孔设置了上、下两段精密配合段16，以增加导向定位栓9插入后的稳定性，上精配合段内径大、下精配合段内径小，上、下两段精配合段与导向定位栓9之间的间隙配合公差以及导向孔自身的位置度公差可以根据顶盖精定位需求设计得很精准(例如：间隙配合公差可以设计成H6/f6、导向孔相对于容器中心轴线的位置度公差可以设计成

)。导向孔沿容器法兰周向对称均布两个，布置在两个螺纹孔之间，不占用容器法兰上的螺纹孔位置，这样可以省去现有导向结构(见图1)每次打开顶盖前及盒上顶盖后都需要拆除导向衬套的繁琐操作，节省操作时间，减少操作人员暴露于辐射环境的时间。

(2)顶盖法兰导向孔8结构如图6和图7所示，导向孔沿顶盖法兰周向对称均布两个，与容器法兰上的两个导向孔方位一一对应，不占用顶盖法兰上的螺栓通孔位置。顶盖法兰导向孔8分为上、下两个部分，下部是一个直通形的光孔，它不起精导向定位作用，只起粗略导向作用；在光孔的顶端设置了一个直径较大的沉槽13，用于安装导向套环10，沉槽13的底面上设置了两个定位销孔17和两个螺纹孔，用于固定导向套环10。

(3)导向套环10的结构如图8和图9所示，它通过两个定位销11钉和螺钉安装在图6顶盖法兰导向孔8上部的沉槽13内，为顶盖提供最终的精导向和精定位。导向套环10的内孔与导向定位栓9上部的非整圆双扇形配合面(见图11)是精配合面，其间隙配合公差可以根据顶盖精定位需求设计得很精准(例如可以设计成H7/f7)，导向套环10在顶盖法兰导向孔8沉槽13内的精确位置由两个定位销11来确定，最终确保导向套环10内孔相对于顶盖中心轴线的位置度达到顶盖精定位的需求(例如：导向套环10固定后，其内孔相对于顶盖中心轴线的位置度可达到

)。

(4)导向套环10定位销11和固定螺栓12的结构如图3所示。固定螺栓12采用标准件，其作用只是紧固导向套环10，对导向套环10不起精定位作用。定位销11则是对导向套环10起最终精定位作用，定位销11设计有两套：产品定位销11和安装工艺销，两套定位销11的名义直径相同，只是与销孔的配合精度不同，前者采用过盈配合、用于导向套环10的最终安装定位，后者采用间隙配合、用于安装调试。

(5)导向定位栓9的结构如图10和图11所示。导向定位栓9下端的精配合面插入容器法兰导向孔7内，并与容器法兰导向孔7上、下配合面作精配合，配合公差可以根据顶盖精定位需求设计得很精准(例如可以设计成H6/f6)。导向定位栓9上端的双扇形圆柱配合面20是一个非整圆的配合面，与导向套环10的内孔精配合，其配合公差可以根据顶盖精定位需求设计得很精准(例如可以设计成H7/f7)。导向定位栓9上端的配合面之所以设计成非整圆的双扇形，原因是对于配合间隙特别小的配合公差等级，采用整圆配合面在顶盖下落时容易发生卡涩现象，而设计成图11所示的双扇形的非整圆配合面，放开了两个象限的配合约束，可以很好的避免卡涩现象的发生。

优选的，本实施例中顶盖法兰导向孔8沿顶盖法兰周向对称均布两个，与容器法兰上的两个导向孔方位一一对应，不占用顶盖法兰上的螺栓通孔位置。顶盖法兰导向孔8分为上、下两个部分，下部是一个直通形的光孔，它不起精导向定位作用，只起粗略导向作用；在光孔的顶端设置了一个直径较大的沉槽13，用于安装导向套环10，沉槽13的底面上设置了两个定位销孔17和两个螺纹孔，用于固定导向套环10。

实施例2：

一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，在实施例1的基础上，所述导向套环10通过定位销11在顶盖法兰5上定位，所述导向套环10通过固定螺栓12固定在顶盖法兰5上。定位销11共两个，两个定位销11沿导向套环10径向相对；固定螺栓12共两个，两个固定螺栓12沿导向套环10径向相对；两个定位销11与两个固定螺栓12呈十字形分布。所述沉槽13底面设置与所述定位销11配合的销孔。

优选的，每个定位销11均包括产品定位销和安装工艺销，产品定位销和安装工艺销的名义直径相同、但与销孔的配合精度不同：所述产品定位销与销孔过盈配合，所述安装工艺销与销孔间隙配合。

本实施例中，用于固定导向套环10的定位销11设计有两套：产品定位销11和安装工艺销，两套定位销11的名义直径相同，只是与销孔的配合精度不同，前者采用过盈配合、用于导向套环10的最终安装定位，后者采用间隙配合、用于安装调试。在制造厂内，导向套环10和顶盖法兰导向孔8上端沉槽13内的精定位销孔17通过制造厂内的顶盖试装操作确定并一次装夹精加工到位，在出厂状态下，导向套环10不安装到顶盖法兰导向孔8上端沉槽13内。

在顶盖现场安装期间，先用间隙配合的安装工艺销和固定螺栓12将导向套环10初步安装到顶盖法兰导向孔8上端的沉槽13内，然后安装导向定位栓9，对顶盖进行初次试装，若顶盖能够顺利通过试装，则取出安装工艺销换上过盈配合的产品定位销11将导向套环10最终永久性的固定在顶盖法兰导向孔8上端的沉槽13内。若顶盖不能顺利通过试装，则说明在反应堆压力容器出厂后到现场首次安装前这段时间内，导向结构涉及的某些零部件因某种原因发生了轻微变形(如运输变形)，此时只需要根据顶盖初次试装的偏心情况对导向套环10和顶盖法兰导向孔8上端沉槽13内的定位销孔17进行偏心扩孔处理重新确定导向套环10在沉槽13内的位置，并重新配制一套导向套环10定位销11即可解决变形引起的顶盖试装卡涩问题，而且不会改变导向定位栓9与导向套环10之间的配合间隙，即不会增加顶盖与容器安装后的同轴度偏差，也不会增加驱动线错对中偏差。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，包括顶盖法兰(5)、位于顶盖法兰(5)下方的容器法兰(6)，其特征在于，所述顶盖法兰(5)上设置顶盖法兰导向孔(8)，所述容器法兰(6)上设置容器法兰导向孔(7)，所述顶盖法兰导向孔(8)为通孔，所述容器法兰导向孔(7)为盲孔，且顶盖法兰导向孔(8)与容器法兰导向孔(7)相互正对；所述顶盖法兰导向孔(8)顶部设置与顶盖法兰导向孔(8)同心的沉槽(13)，所述沉槽(13)内设置导向套环(10)；还包括穿过顶盖法兰导向孔(8)进入容器法兰导向孔(7)的导向定位栓(9)，所述导向定位栓(9)与导向套环(10)、容器法兰导向孔(7)均间隙配合；

所述导向套环(10)通过定位销(11)在顶盖法兰(5)上定位，所述导向套环(10)通过固定螺栓(12)固定在顶盖法兰(5)上；

定位销(11)共两个，两个定位销(11)沿导向套环(10)径向相对；固定螺栓(12)共两个，两个固定螺栓(12)沿导向套环(10)径向相对；两个定位销(11)与两个固定螺栓(12)呈十字形分布。

2.根据权利要求1所述的一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，其特征在于，所述容器法兰导向孔(7)包括与导向定位栓(9)间隙配合的上、下两段精密配合段(16)，其中位于上方的精密配合段(16)的内径大于位于下方的精密配合段(16)的内径。

3.根据权利要求1所述的一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，其特征在于，所述导向定位栓(9)与导向套环(10)之间通过双扇形圆柱配合面(20)进行间隙配合。

4.根据权利要求1所述的一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，其特征在于，所述沉槽(13)底面设置与所述定位销(11)配合的销孔。

5.根据权利要4所述的一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，其特征在于，每个定位销(11)均包括产品定位销和安装工艺销，产品定位销和安装工艺销的名义直径相同、但与销孔的配合精度不同：所述产品定位销与销孔过盈配合，所述安装工艺销与销孔间隙配合。

6.根据权利要求5所述的一种反应堆压力容器顶盖与容器装配用导向定位结构，其特征在于，所述导向套环(10)的安装方法包括：

S1、在制造厂内，导向套环(10)和顶盖法兰导向孔(8)上端沉槽(13)内的销孔通过制造厂内的顶盖试装操作确定并一次装夹精加工到位，在出厂状态下，导向套环(10)不安装到沉槽(13)内；

S2、在顶盖现场安装期间，先用间隙配合的安装工艺销和固定螺栓(12)将导向套环(10)初步安装到顶盖法兰导向孔(8)上端的沉槽(13)内，然后安装导向定位栓(9)，对顶盖进行初次试装；

S3、若顶盖能够顺利通过试装，则取出安装工艺销换上过盈配合的产品定位销将导向套环(10)最终永久性的固定在顶盖法兰导向孔(8)上端的沉槽(13)内；

若顶盖不能顺利通过试装，则根据顶盖初次试装的偏心情况对导向套环(10)和沉槽(13)内的销孔进行偏心扩孔处理，重新确定导向套环在沉槽内的位置，并重新配制一套定位销。

Images