AP1000核电堆型反应堆冷却剂主泵倒装法顶升测量技术

AP1000核电堆型反应堆冷却剂主泵倒装法顶升测量技术

王荣硕

（中国核工业二三建设有限公司  北京 101300）

摘要：本文主要结合AP1000核电项目反应堆冷却剂主泵倒装法施工特点、基于徕卡AT403激光跟踪仪测量精度高、操作灵活的性能，开发出来的一种新型测量技术，该技术主要是使用激光跟踪仪在反应堆冷却剂主泵安装前采集各部件关键部位的尺寸，然后使用SA测量软件计算结果并进行模拟安装，其次在主泵芯包安装时通过测量监测点，建立关系定位三维数据模型，对比实测模型与理论模型的尺寸数据，来调整芯包位置，引导主泵的顺利安装，为今后同类项目的施工提供一定的借鉴。

关键词： AP1000、主泵芯包、激光跟踪仪、SA测量软件

随着国家经济的发展和环境保护要求的提高，清洁能源在能源建设中占据越来越重要的地位。核电作为清洁能源的重要组成部分，将有着广阔的发展空间。AP1000核电项目属于国家能源：“十二五”发展规划，将发展更具有安全性的三代核电，其安全系数高、经济性能好、创新成果多等特点。同时作为新堆型，“AP1000”施工现场安装，集新工艺、新技术、新材料、新设备 “四新”于一身，具有设备安全级别高、安装精度要求高、施工安全风险高、施工难度系数大、可借鉴经验不足等多种综合性特点。而反应堆冷却剂主泵是一回路的重要组成部分，不仅安装与传统核电有较大的区别，其安装精度也是前所未有的，基于现场复杂的施工条件、超高的安装精度、测量位置的隐蔽性，本文提出了一套新型的倒装法顶升测量技术解决安装难点，提高测量精度、同时为同类工程起到参考作用。

1反应堆冷却剂主泵介绍

AP1000核电项目反应堆冷却剂主泵安装于核岛11201、11202房间蒸汽发生器下方，是一回路的重要组成部分，用以循环高压水以冷却和提取堆芯余热量。每台蒸汽发生器下方安装2台主泵，共计4台。每台主泵主要包括芯包、进水喇叭等核心设备的安装，安装过程中芯包的安装施工难度系数最大、精度要求高，通过芯包顶升装置将主泵芯包从泵壳下方顶升安装至泵壳内。

2施测前准备工作

2.1粘贴基准点

使用胶棒在主泵壳外壁和CA01模块墙面粘贴转站靶座，作为反应堆冷却剂主泵芯包顶升监测时激光跟踪仪定位的基准点，粘贴不少于6个，位置应成空间立体分布，并使用不锈钢胶带加固，防止脱落，粘贴的位置应便于使用和通视观测。转站靶座作为激光跟踪仪转站测量的公共基准点，主要作用是通过测量相同的点位，再利用SA软件通过相应的配准算法，可完成激光跟踪仪所有站位的方位定向，把两站或多站的测量数据统一到一个坐标系中，便于拟合计算。

2.2仪器的准备

仪器选择徕卡AT403激光跟踪仪（测量精度15μm+6μm/m）、球棱镜、圆柱销测量座、平面测量座、电脑、SA测量软件。

3主泵泵壳本体三维尺寸测量

首先架设激光跟踪仪于泵壳下方、激活仪器并进行预热，预热完成后测量粘贴于墙面和泵壳外壁的转站靶座的三维数据、单独保存。

然后采集主泵泵壳本体喇叭口固定环底面、喇叭口固定环内壁、密封面平面、配合面内壁、定位槽等关键部位的尺寸，测量完成后在SA测量软件中进行拟合计算；其中以主泵壳密封面平面为XOY平面，以主泵配合面内壁圆柱中心轴线与主泵壳密封面平面的交点为原点建立坐标系，坐标系X轴正方向指向芯包定位槽测量点连线中点，此坐标系为泵壳本体坐标系；完成后保存计算结果，以此三维数据作为主泵芯包、进水喇叭安装时的理论三维数据模型。

图2：主泵泵壳剖面图                 图3：主泵泵壳仰视图

4进水喇叭本体三维尺寸测量

架设激光跟踪仪，连接SA测量软件激活仪器并进行预热，预热完成后测量进水喇叭上端安装配合面顶面平面、顶面外壁外圆、进水喇叭导向销孔，进水喇叭下端外圆等，采集完成后在SA测量软件中进拟合计算，分析进水喇叭关键部位尺寸是否满足设计要求，同时结合主泵泵壳三维数据进行模拟安装，提前发现进水喇叭三维尺寸与泵壳三维尺寸在安装中是否存在干涉问题，可提前解决，保证进水喇叭的顺利安装。

图4：进水喇叭

图5：进水喇叭安装后示意图

进水喇叭安装完成后，使用主泵泵壳本体三维尺寸测量时粘贴的公共基准点定位激光跟踪仪，测量进水喇叭安装后下端外圆三维坐标（X、Y、Z），在SA测量软件中拟合计算进水喇叭下端外圆圆周，在主泵泵壳本体坐标系中查看进水喇叭下端外圆圆周中心，圆心坐标即为进水喇叭安装后与主泵泵壳的同心度，测得的下端外圆三维坐标（X、Y、Z）数据，标高Z值可计算进水喇叭安装后的水平度，根据坐标数据偏差调整进水喇叭的安装位置，完成进水喇叭的测量。

5主泵芯包三维尺寸测量

主泵芯包三维尺寸测量前，在芯包外壁选择合适位置粘贴转站靶座，作为芯包安装顶升时定位芯包本体三维坐标（X、Y、Z）数据的关联点，注意粘贴方向应与芯包顶升时仪器架站位置方向一致；架设激光跟踪仪，在SA测量软件中激活仪器并进行预热；采集芯包外壁粘贴的监测点和芯包关键部位的三维坐标（X、Y、Z）数据，需要采集的芯包关键部位有：芯包热屏上表面平面、芯包热屏上端外壁、芯包本体密封环上口内圆、芯包定位销外圆等。

在SA 测量软件中以芯包热屏上表面平面为XOY平面，以芯包热屏上端外壁圆柱中心轴线与芯包热屏上表面平面的交点为原点建立坐标系，坐标系X轴正方向指向芯包定位销外圆中心点，此坐标系为单台主泵芯包的本体坐标系；芯包测量计算完成后，对比分析关键部位尺寸数据，查看是否满足设计要求，必要时进行相应的处理。

图6：主泵芯包剖面图

6主泵芯包顶升过程测量

在主泵芯包安装过程中，使用激光跟踪仪进行顶升过程测量，利用主泵泵壳测量时粘贴的公共基准点，定位激光跟踪仪，再测量芯包外壁粘贴的监测点，测量完成后，在SA测量软件中建立主泵芯包监测点对应关系，使用最小化移动集合命令，定位芯包三维测量数据模型，获取当前芯包各部位位置信息；查看拟合计算完成的芯包本体三维数据，计算芯包热屏上表面平面偏移点各点到主泵泵壳密封面平面的垂直距离，即为芯包热屏上表面与泵壳密封面的平行度；在SA测量软件中对主泵泵壳本体坐标系原点坐标数据与主泵芯包本体坐标系原点坐标数据进行比较，即为包芯与泵壳的同心度。

该方法测量计算出芯包与主泵泵壳的平行度、同心度，根据差值，对芯包顶升过程进行实时调整，保证芯包安装顶升线路，消除了常规测量方法全站仪人工观测、人工标识点位、对点的误差，保障了核电站核心设备安装过程的安全与完整。

7测量数据验证

以下为某AP系列核岛项目，反应堆冷却剂主泵芯包在安装完成后激光跟踪仪与塞尺测量的数据

表1：激光跟踪仪测量数据

表2：塞尺测量数据

经过对比分析可知，常规测量方法，塞尺测量仅能进行间隙测量间接反应芯包与泵壳的同心度，而平行度无法测量，根据同心度数据分析，塞尺测量结果与激光跟踪仪测量结果一致，均在设计公差范围0.1mm内。且经过实践证明，某AP系列核电1号机组4台主泵采用此套倒装法顶升测量技术，均实现了顺利安装，满足设计安装要求。

8应用价值

随着石油资源的减少及环境保护的重视，核电作为清洁能源，将具有更广阔的发展空间，而AP系列核电其较高的安全系数、经济性能、和先进的技术，作为国家的三代核电会广泛建设利用，此套测量技术精度高、操作方便，其中此套测量技术仅需2名测量人员即可操作，较传统的全站仪测量可节约人力2~3名，同时测量过程简单快速，单点测量仅需1秒，主泵芯包顶升仅需测量5个监测点即可，节约人力成本、满足主设备安装的安全性、经济性和设计要求，此套先进的主泵倒装法顶升安装测量技术，将会为后续AP系列核电建设保驾护航。

9结论

1)采用此套反应堆冷却剂主泵倒装法顶升测量技术，可以有效解决AP系列反应堆冷却剂主泵现场安装,条件复杂、空间狭小、隐蔽部位常规测量方法无法实现的难题；

2)徕卡AT403激光跟踪仪测量精度高、操作灵活方便，能满足AP系列核电反应堆冷却剂主泵超高精度需求及复杂的安装条件，可圆满完成了主泵安装测量任务；

3)芯包顶升监测过程中，每次仪器架站位置和定位仪器的转站靶座应相同，转站靶座数量宜为4~6个；转站靶座的粘贴应成立体三维分布，条件允许的情况下粘贴数量宜多不宜少，现场条件复杂，避免因其他施工导致转站靶座被破坏或者掉落及脚手架的遮挡。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  

参考文献

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