CN112489839A - 一种高温气冷堆金属堆内构件堆芯壳底板水平度调整方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种高温气冷堆金属堆内构件堆芯壳底板水平度调整方法，包括：步骤一、堆芯壳初次落位及测量：步骤二、调整垫板加工量的计算：步骤(21)、建立空间坐标系，堆芯壳底板上的所有测点坐标(x_i，y_i，z_i)依次绕x轴旋转角度θ_x、绕y轴旋转角度θ_y，得到新坐标(x′_i，y′_i，z′_i)，使得新坐标满足堆芯壳底板水平度要求，则对应的旋转角度θ_x、θ_y，即为堆芯壳所需调整的精确角度；步骤(22)、结合堆芯壳热气导管法兰与压力容器热气导管管嘴法兰圆心标高差值h1，计算出第一支承滚柱调整垫板的加工量；步骤三、调整垫板的加工及安装。测量过程仅需进行一次，避免了反复测量调整工作，作业时间缩短，节约工期，降低了设备磕碰、受损风险，有效降低人员作业安全风险。

Description

一种高温气冷堆金属堆内构件堆芯壳底板水平度调整方法

技术领域

本公开属于核电设备安装技术领域，具体涉及一种高温气冷堆金属堆内构件堆芯壳底板水平度调整方法。

背景技术

高温气冷堆金属堆内构件堆芯壳是核岛反应堆核心部件，其安装精度决定着陶瓷堆内构件的安装精度和质量，安装难点在于堆芯壳底板水平度的调整。

现有堆芯壳底板水平度的调整方法为：使用激光跟踪仪测量堆芯壳底板水平度等参数，通过液压调整装置从上部连接堆芯壳起吊盖板，并配合使用3组千斤顶从底部顶住堆芯壳底板凸台处，根据测量数据不断对堆芯壳进行调整，直至满足要求。

但是，上述安装方法存在以下缺点：

(1)主线工期长。根据测量结果无法确定精确调整值，导致测量、调整工作不断反复进行。

(2)安全风险较大。堆芯壳底板与压力容器筒体之间作业空间狭小，需要不断的通风保持空气的畅通，工人连续作业时间不能过长，堆芯壳反复调整导致人员安全风险较大。

(3)设备受损风险高。近200吨重的堆芯壳需要在狭小的压力容器内部进行多次调整和起落，并且15组支承滚柱(1)的着力点为线面接触，因此容易出现设备磕碰、着力点受力不均等情况，进而造成设备受损。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高温气冷堆金属堆内构件堆芯壳底板水平度调整方法。

本公开提供一种高温气冷堆金属堆内构件堆芯壳底板水平度调整方法，所述方法包括：

步骤一、堆芯壳初次落位及测量：

步骤二、调整垫板加工量的计算：

步骤(21)、建立空间坐标系，堆芯壳底板上的所有测点坐标(x_i，y_i，z_i)依次绕x轴旋转角度θ_x、绕y轴旋转角度θ_y，得到新坐标(x′_i，y′_i，z′_i)，使得新坐标满足堆芯壳底板水平度要求，则对应的旋转角度θ_x、θ_y即为堆芯壳所需调整的精确角度；

步骤(22)、结合堆芯壳热气导管法兰与压力容器热气导管管嘴法兰圆心标高差值h1，计算出第一支承滚柱调整垫板的加工量；

步骤三、调整垫板的加工及安装：

根据计算出的第一支承滚柱调整垫板的加工量加工相应厚度的调整垫板，将堆芯壳提升一定高度后安装调整垫板，再次落位所述堆芯壳，完成所述堆芯壳底板水平度的调整。

在一些可选地实施方式中，所述步骤(21)具体包括：

将所有测点坐标(x_i，y_i，z_i)绕x轴旋转角度θ_x，得到第一新坐标(x_i，y_i，z_i)_θx，根据三维坐标旋转公式，所述第一新坐标的矩阵表示方式为下述关系式(1)：

将所述第一新坐标再绕y轴旋转角度θ_y，得到第二新坐标(x_i，y_i，z_i)_θy，根据三维坐标旋转公式，所述第二新坐标的矩阵表示方式为下述关系式(2)：

计算经过旋转后的堆芯壳底板水平度s，也即第二新坐标中最高点与最低点的差值，即下述关系式(3)：

根据上述关系式(3)，求解出在s最小时的旋转角度θ_x、θ_y，即为所述堆芯壳所需调整的精确角度。

在一些可选地实施方式中，所述步骤(22)具体包括：

步骤(221)、计算调整后堆芯壳底板的各组第一支承滚柱位置处标高、堆芯壳热气导管圆心高度的改变量，并验证堆芯壳上法兰与压力容器主法兰平行度是否满足要求；

步骤(222)、计算调整垫板加工量H，调整垫板的最终加工量，应使堆芯壳底板水平度满足要求，且堆芯壳热气导管圆心与压力容器圆心高度一致，计算时应同时考虑堆芯壳旋转对所述第一支承滚柱及堆芯壳热气导管圆心高度的影响。

在一些可选地实施方式中，所述步骤(221)具体包括：

设第一支承滚柱所在圆环的半径为R，所在角度为α，其坐标旋转前可近似为(Rcos(α)，Rsin(α)，0)，堆芯壳旋转后其坐标(a，b，c)为下述关系式(4)：

则堆芯壳第一支承滚柱坐标高度的改变量即为：h3＝c-0；

将堆芯壳调整前热气导管拟合圆心坐标O(x，y，z)带入关系式(4)即可得旋转后的坐标O′(x′，y′，z′)，圆心坐标改变量为h4＝z′-z：

将堆芯壳上法兰调整前测点带入关系式(4)即可得调整后的坐标，进而验证平行度是否满足1mm要求。

在一些可选地实施方式中，所述加工量H满足下述关系式(5)：

H＝h2-h1+h3-h4 (5)

在一些可选地实施方式中，所述步骤一具体包括：

步骤(11)、将堆芯壳初次落位在各组第一支承滚柱上；

步骤(12)、测量堆芯壳底板水平度：测量堆芯壳底板上各凸台环面上的各组第二支承滚柱支承位置的测点坐标(x_i，y_i，z_i)；

步骤(13)、测量堆芯壳上法兰与压力容器主法兰密封面的平行度；

步骤(14)、测量堆芯壳热气导管法兰与压力容器热气导管管嘴法兰圆心标高差值h1；

步骤(15)、测量所述第一支承滚柱下盖板与堆心壳支承座的间隙h2。

在一些可选地实施方式中，所述步骤(11)具体包括：

在压力容器底部支承平台上放置斜垫铁和平垫铁，在堆芯壳上盖板即将接近各组所述第一支承滚柱时，调整所述斜垫铁，以消除各组所述第一支承滚柱与所述上盖板之间的间隙，继续缓慢落位所述堆芯壳，完成所述堆芯壳初次落位。

在一些可选地实施方式中，所述步骤(12)具体包括：

以堆芯壳底板圆心为原点，堆芯壳热气导管法兰方向为x轴，建立直角坐标系，测量所述堆芯壳底板上各凸台环面上的各组第二支承滚柱支承位置的测点坐标，每个方形支承位置可选取多个个测点。

在一些可选地实施方式中，所述步骤(21)在得到所述第一新坐标之前还包括下述步骤：

将每组所述第二支承滚柱的多个测点的测量坐标进行算术平均，得到所有测点坐标(x_i，y_i，z_i)。

在一些可选地实施方式中，所述步骤(13)具体包括：

在堆芯壳上法兰圆周方向上至少均匀选取8个～12个测点，利用这些测点测量得到所述堆芯壳上法兰与压力容器主法兰密封面的平行度；和/或，

所述步骤(14)具体包括：

分别在堆芯壳和压力容器热气导管的圆周方向上至少选取8个～12个测点，计算其拟合圆心的高度差值h1，h1为正表示堆芯壳热气导管圆心较高。

本公开实施例的堆芯壳底板水平度调整方法具有下述优点：

(1)、步骤一中的测量过程仅需进行1次，避免了反复测量调整工作，极大的节约了工期。

(2)、由于施工步骤简化，作业时间缩短，可以有效的降低人员作业安全风险。

(3)、最大程度的减少了堆芯壳调整和起落次数，降低了设备磕碰、受损风险。

附图说明

图1为金属堆内构件堆芯壳的安装位置示意图；

图2为第一支承滚柱的剖面图；

图3为堆芯壳底部结构安装图；

图4为本公开实施例的高温气冷堆金属堆内构件堆芯壳底板水平度调整方法的流程图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。

在描述本实施例的金属堆内构件堆芯壳底板水平度调整方法之前，先描述下本实施例的金属堆内构件堆芯壳底板的安装结构图。

如图1所示，堆芯壳3位于压力容器2内部，堆芯壳3由15组第一支承滚柱8支承重量，如图2所示，第一支承滚柱8包括调整垫板8-1、下盖板8-2、支承滚珠8-3、上盖板8-4、定位销8-5以及固定螺栓8-6等组成，第一支承滚柱8焊接在压力容器2内壁的15组支承平台9上。堆芯壳底板7上部有54组第二支承滚柱10，分布在堆芯壳底板7的三个支承环面上。在压力容器2的外部设置有反应堆舱室墙体1，反应堆舱室墙体1的顶端设置有液压调整机构4，液压调整机构4通过拉杆5与堆芯壳起吊盖板6连接。如图3所示，在堆芯壳内部设置有下支承板11(陶瓷堆芯的安装基础)，下支承板11被第二支承滚柱10支承。在堆芯壳上部还设置有堆芯壳热气导管法兰13，压力容器2在对应该法兰的位置处设置有压力容器热气导管嘴法兰12等结构。

下文将描述本实施例的高温气冷堆金属堆内构件堆芯壳底板水平度调整方法，在该调整方法中涉及到的一些具体结构的位置以及标号等可以参考上述记载。

如图4所示，一种高温气冷堆金属堆内构件堆芯壳底板水平度调整方法，包括：

步骤一、堆芯壳初次落位及测量：

步骤(11)、将堆芯壳初次落位在各组第一支承滚柱上。

具体地，在本步骤中，可以在压力容器底部支承平台上放置斜垫铁和平垫铁，两者厚度之和约为500mm，斜垫铁厚度约为50mm。使用液压调整装置通过堆芯壳起吊盖板将堆芯壳吊装落位。堆芯壳上盖板即将接近各组第一支承滚柱(第一支承滚柱的数量一般为15组，但本公开并不以此为限)时，调整斜垫铁，消除各组第一支承滚柱与上盖板之间的间隙，继续缓慢落位堆芯壳(液压调整装置卸力)，可保证15组第一支承滚柱均匀受力。

需要说明的是，上述平垫铁并不是必须的，也即可以没有平垫铁，仅仅借助所设置的斜垫铁消除间隙即可。

步骤(12)、测量堆芯壳底板水平度：测量堆芯壳底板上各凸台环面上的各组第二支承滚柱支承位置的测点坐标(x_i，y_i，z_i)。

具体地，在本步骤中，在测量时，一般测量堆芯壳底板上三个凸台环面上各组第二支承滚柱支承位置的测点坐标，第二支承滚柱数量一般为54组，但本公开并不以此为限。

在本步骤中，测量水平度具体可以为：以堆芯壳底板圆心为原点，堆芯壳热气导管方向为x轴，建立直角坐标系，测量所述堆芯壳底板上三个凸台环面上的54组第二支承滚柱支承位置的测点坐标，每个方形支承位置可选取五个测点，例如，在方形支承位置的四角以及中心位置各选一个测点等等。在本步骤中，每组第二支承滚柱支承位置选取五个测点的目的是可以提高所测量的水平度的准确性，例如，可以对该五个测点的测量坐标进行简单算术平均，从而可以提高计算精度，并且减少计算量。

通过上述测量，在本步骤中，可以得到54组空间点坐标：(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)、…(x₅₄，y₅₄，z₅₄)。

步骤(13)、测量堆芯壳上法兰与压力容器主法兰密封面的平行度。

具体地，在本步骤中，可以在堆芯壳上法兰圆周方向上至少均匀选取8个～12个测点，利用这些测点测量得到所述堆芯壳上法兰与压力容器主法兰密封面的平行度。

步骤(14)、测量堆芯壳热气导管法兰与压力容器热气导管管嘴法兰圆心标高差值h1。

具体地，在本步骤中，可以分别在堆芯壳和压力容器热气导管的圆周方向上至少选取8个～12个测点，计算其拟合圆心的高度差值h1，h1为正表示堆芯壳热气导管圆心较高。

步骤(15)、测量所述第一支承滚柱下盖板与堆心壳支承座的间隙h2。

具体地，在本步骤中，可以在每组第一支承滚柱位置选取四个测点，该四个测点优选地靠近支承座的四个顶点附近。利用这四个测点测量得到间隙h2。

步骤二、调整垫板加工量的计算：

步骤(21)、建立空间坐标系，堆芯壳底板上的所有测点坐标(x_i，y_i，z_i)依次绕x轴旋转角度θ_x、绕y轴旋转角度θ_y，得到新坐标(x′_i，y′_i，z′_i)，使得新坐标满足堆芯壳底板水平度要求，则对应的旋转角度θ_x、θ_y，即为堆芯壳所需调整的精确角度。

步骤(22)、结合堆芯壳热气导管法兰与压力容器热气导管管嘴法兰圆心标高差值h1，计算出所述第一支承滚柱调整垫板的加工量；

步骤三、调整垫板的加工及安装。

根据计算出的第一支承滚柱调整垫板的加工量加工相应厚度的调整垫板，并做好编号。将堆芯壳提升一定高度后安装调整垫板，再次落位所述堆芯壳，完成所述堆芯壳底板水平度的调整。

本实施例的堆芯壳底板水平度调整方法具有下述优点：

(1)、步骤(12)至步骤(15)的测量过程仅需进行1次，避免了反复测量调整工作，极大的节约了工期。

(2)、由于施工步骤简化，作业时间缩短，可以有效的降低人员作业安全风险。

(3)、最大程度的减少了堆芯壳调整和起落次数，降低了设备磕碰、受损风险。

在一些可选地实施方式中，所述步骤(21)具体包括：

将所有测点坐标(x_i，y_i，z_i)绕x轴旋转角度θ_x，得到第一新坐标(x_i，y_i，z_i)_θx，根据三维坐标旋转公式，所述第一新坐标的矩阵表示方式为下述关系式(1)：

将所述第一新坐标再绕y轴旋转角度θ_y，得到第二新坐标(x_i，y_i，z_i)_θy，根据三维坐标旋转公式，所述第二新坐标的矩阵表示方式为下述关系式(2)：

计算经过旋转后的堆芯壳底板水平度s，也即第二新坐标中最高点与最低点的差值，即下述关系式(3)：

根据上述关系式(3)，求解出在s最小时的旋转角度θ_x、θ_y，即为所述堆芯壳所需调整的精确角度。

需要说明的是，对于如何求解上述问题并没有作出限定，例如，可以采取计算机编程方式进行求解，但是本实施例并不以此为限，下文列出采用计算机编程方式求解该问题的核心计算过程：

在一些可选地实施方式中，所述步骤(22)具体包括：

步骤(221)、计算调整后堆芯壳底板的各组第一支承滚柱位置处标高、堆芯壳热气导管圆心高度的改变量，并验证堆芯壳上法兰与压力容器主法兰平行度是否满足要求；

步骤(222)、计算调整垫板加工量H，调整垫板的最终加工量，应使堆芯壳底板水平度满足要求，且堆芯壳热气导管圆心与压力容器圆心高度一致，计算时应同时考虑堆芯壳旋转对所述第一支承滚柱及堆芯壳热气导管圆心高度的影响。

在一些可选地实施方式中，所述步骤(221)具体包括：

设第一支承滚柱所在圆环的半径为R，所在角度为α，其坐标旋转前可近似为(Rcos(α)，Rsin(α)，0)，堆芯壳旋转后其坐标(a，b，c)为下述关系式(4)：

则堆芯壳第一支承滚柱坐标高度的改变量即为：h3＝c-0；

将堆芯壳调整前热气导管拟合圆心坐标O(x，y，z)带入关系式(4)即可得旋转后的坐标O’(x′，y′，z′)，圆心坐标改变量为h4＝z′-z；

将堆芯壳上法兰调整前测点带入关系式(4)即可得调整后的坐标，进而验证平行度是否满足1mm要求。

在一些可选地实施方式中，所述加工量H满足下述关系式(5)：

H＝h2-h1+h3-h4 (5)。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种高温气冷堆金属堆内构件堆芯壳底板水平度调整方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一、堆芯壳初次落位及测量：

步骤二、调整垫板加工量的计算：

步骤(21)、建立空间坐标系，堆芯壳底板上的所有测点坐标(x_i，y_i，z_i)依次绕x轴旋转角度θ_x、绕y轴旋转角度θ_y，得到新坐标(x′_i，y′_i，z′_i)，使得新坐标满足堆芯壳底板水平度要求，则对应的旋转角度θ_x、θ_y即为堆芯壳所需调整的精确角度；

步骤(22)、结合堆芯壳热气导管法兰与压力容器热气导管管嘴法兰圆心标高差值h1，计算出第一支承滚柱调整垫板的加工量；

步骤三、调整垫板的加工及安装：

根据计算出的第一支承滚柱调整垫板的加工量加工相应厚度的调整垫板，将堆芯壳提升一定高度后安装调整垫板，再次落位所述堆芯壳，完成所述堆芯壳底板水平度的调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(21)具体包括：

将所有测点坐标(x_i，y_i，z_i)绕x轴旋转角度θ_x，得到第一新坐标(x_i，y_i，z_i)_θx，根据三维坐标旋转公式，所述第一新坐标的矩阵表示方式为下述关系式(1)：

将所述第一新坐标再绕y轴旋转角度θ_y，得到第二新坐标(x_i，y_i，z_i)_θy，根据三维坐标旋转公式，所述第二新坐标的矩阵表示方式为下述关系式(2)：

计算经过旋转后的堆芯壳底板水平度s，也即第二新坐标中最高点与最低点的差值，即下述关系式(3)：

根据上述关系式(3)，求解出在s最小时的旋转角度θ_x、θ_y，即为所述堆芯壳所需调整的精确角度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(22)具体包括：

步骤(221)、计算调整后堆芯壳底板的各组第一支承滚柱位置处标高、堆芯壳热气导管圆心高度的改变量，并验证堆芯壳上法兰与压力容器主法兰平行度是否满足要求；

步骤(222)、计算调整垫板加工量H，调整垫板的最终加工量，应使堆芯壳底板水平度满足要求，且堆芯壳热气导管圆心与压力容器圆心高度一致，计算时应同时考虑堆芯壳旋转对所述第一支承滚柱及堆芯壳热气导管圆心高度的影响。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(221)具体包括：

设第一支承滚柱所在圆环的半径为R，所在角度为α，其坐标旋转前可近似为(Rcos(α)，Rsin(α)，0)，堆芯壳旋转后其坐标(a，b，c)为下述关系式(4)：

则堆芯壳第一支承滚柱坐标高度的改变量即为：h3＝c-0；

将堆芯壳调整前热气导管拟合圆心坐标O(x，y，z)带入关系式(4)即可得旋转后的坐标O’(x′，y′，z′)，圆心坐标改变量为h4＝z′-z；

将堆芯壳上法兰调整前测点带入关系式(4)即可得调整后的坐标，进而验证平行度是否满足1mm要求。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加工量H满足下述关系式(5)：

H＝h2-h1+h3-h4 (5)。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

步骤(11)、将堆芯壳初次落位在各组第一支承滚柱上；

步骤(12)、测量堆芯壳底板水平度：测量堆芯壳底板上各凸台环面上的各组第二支承滚柱支承位置的测点坐标(x_i，y_i，z_i)；

步骤(13)、测量堆芯壳上法兰与压力容器主法兰密封面的平行度；

步骤(14)、测量堆芯壳热气导管法兰与压力容器热气导管管嘴法兰圆心标高差值h1；

步骤(15)、测量所述第一支承滚柱下盖板与堆心壳支承座的间隙h2。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(11)具体包括：

在压力容器底部支承平台上放置斜垫铁和平垫铁，在堆芯壳上盖板即将接近各组所述第一支承滚柱时，调整所述斜垫铁，以消除各组所述第一支承滚柱与所述上盖板之间的间隙，继续缓慢落位所述堆芯壳，完成所述堆芯壳初次落位。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(12)具体包括：

以堆芯壳底板圆心为原点，堆芯壳热气导管法兰方向为x轴，建立直角坐标系，测量所述堆芯壳底板上各凸台环面上的各组第二支承滚柱支承位置的测点坐标，每个方形支承位置可选取多个个测点。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(21)在得到所述第一新坐标之前还包括下述步骤：

将每组所述第二支承滚柱的多个测点的测量坐标进行算术平均，得到所有测点坐标(x_i，y_i，z_i)。

10.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(13)具体包括：

在堆芯壳上法兰圆周方向上至少均匀选取8个～12个测点，利用这些测点测量得到所述堆芯壳上法兰与压力容器主法兰密封面的平行度；和/或，

所述步骤(14)具体包括：

分别在堆芯壳和压力容器热气导管的圆周方向上至少选取8个～12个测点，计算其拟合圆心的高度差值h1，h1为正表示堆芯壳热气导管圆心较高。

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