核電廠反應(yīng)堆環(huán)吊梁一次吊裝工程測(cè)量技術(shù)*

劉科紅，王鵬志

( 中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

0 引言

環(huán)吊是核電站建設(shè)過(guò)程中最重要的起重設(shè)備之一，用于壓力容器、蒸汽發(fā)生器等主設(shè)備的吊裝。環(huán)吊安裝工作處于核島建安的關(guān)鍵路徑，而環(huán)吊軌道梁及軌道(以下簡(jiǎn)稱環(huán)吊梁)的安裝又是整個(gè)環(huán)吊安裝工作的關(guān)鍵，其安裝精度直接影響到整個(gè)環(huán)吊的安裝質(zhì)量以及環(huán)吊的運(yùn)行情況。為此，本文以某核電廠反應(yīng)堆環(huán)吊梁吊裝工程為例，介紹了反應(yīng)堆環(huán)吊梁一次吊裝工程的測(cè)量方法。

1 工程概況

本文所述環(huán)吊軌道梁是由6 段成60°環(huán)形的軌道梁連接在一起組成的一個(gè)環(huán)形支撐梁，用高強(qiáng)螺栓固定在均勻分布于反應(yīng)堆鋼襯里的36 個(gè)牛腿上，每段軌道梁長(zhǎng)約18．5 m，重約14．3 t。軌道上表面的標(biāo)高和水平度靠調(diào)整墊板調(diào)節(jié)，調(diào)整墊板的厚度需要根據(jù)每個(gè)墊板對(duì)應(yīng)牛腿上表面各點(diǎn)的標(biāo)高進(jìn)行加工。每個(gè)牛腿上需要現(xiàn)場(chǎng)鉆5 個(gè)Φ55±1 mm的通孔，與環(huán)軌梁下蓋板上的5 個(gè)長(zhǎng)圓孔匹配。36 個(gè)牛腿上180 個(gè)圓形螺栓孔位與環(huán)吊軌道梁180 個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔位的匹配程度是決定環(huán)吊梁安裝能否成功的關(guān)鍵。軌道梁及軌道安裝的主要技術(shù)指標(biāo)，如表1 所示。

表1 軌道梁及軌道安裝的主要技術(shù)指標(biāo)Tab．1 The main technical indicators of ring crane beam and its track

以往的環(huán)吊梁安裝采用的工藝流程為:預(yù)裝組對(duì)→確定螺栓孔開(kāi)孔孔位→吊下環(huán)吊梁→牛腿開(kāi)孔→正式吊裝組對(duì)。如能將其工藝改為一次吊裝，可有效縮減工期并節(jié)約吊裝成本。

2 誤差分析

2．1 溫差對(duì)環(huán)吊軌道梁變形的影響

環(huán)吊軌道梁鋼材(Q345C)的線膨脹系數(shù)為α = 12 ×10-6/℃。假定其是一個(gè)整體圓環(huán)型鋼構(gòu)體，此鋼構(gòu)體的內(nèi)徑R取其下蓋板內(nèi)沿的半徑17．19 m。由內(nèi)徑變化量公式為:

由式(1)可知當(dāng)測(cè)量工作前、后溫差ΔT =10℃時(shí)，ΔR≈2．1 mm，可見(jiàn):溫度變化對(duì)鋼體變形影響較大。例如:嶺澳二期環(huán)吊裝好后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，環(huán)吊軌道半徑比理論半徑大12．3 mm。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)是，設(shè)備制造商未考慮環(huán)吊軌道在遼寧生產(chǎn)時(shí)溫度為-5℃，而在深圳安裝時(shí)核島內(nèi)溫度高達(dá)+45℃所致。由式(1)可知:ΔT=50℃，則ΔR≈11．4 mm，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)增量基本吻合，說(shuō)明溫差是環(huán)吊軌道半徑變化的主因。

通過(guò)分析環(huán)吊軌道梁半徑和溫度測(cè)量數(shù)據(jù)，找到如下變形規(guī)律:環(huán)吊軌道半徑變形主要受溫度變形影響;整體溫度變化均勻的情況下，變形以沿徑向?yàn)橹?，切向無(wú)明顯變形跡象;由環(huán)吊軌道梁螺栓孔的形狀可知，控制指標(biāo)是切向造孔偏差不超過(guò)3．5 mm，徑向并無(wú)具體要求;溫度變化與半徑變化成正比，符合鋼體熱脹冷縮的線性規(guī)律。理論分析及實(shí)踐證明:在準(zhǔn)確測(cè)量螺栓孔切向偏差的基礎(chǔ)上，采用測(cè)量放樣一次吊裝理論是可行的。

2．2 測(cè)量誤差分析

根據(jù)牛腿上放線劃孔的流程，主要存在以下誤差:

1)環(huán)吊安裝測(cè)量水平基準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位中誤差≤1 mm。

2)測(cè)角前方交會(huì)放樣牛腿10°線(角向中心線)誤差，點(diǎn)位中誤差mp估算公式為:

式中:α、β、γ 分別為由兩工作基點(diǎn)上測(cè)出的水平角和交會(huì)角;S為兩工作基點(diǎn)間的平距;m 為測(cè)角中誤差(取± 1． 0″)，ρ 為206 265。將交會(huì)點(diǎn)的具體圖形數(shù)據(jù)代入公式進(jìn)行計(jì)算，得出交會(huì)點(diǎn)點(diǎn)位中誤差≤0．5 mm。

3)螺栓孔劃線誤差:0．5 mm，若單獨(dú)考慮角向和徑向，在牛腿上返線時(shí)涉及到2 次劃線，其劃線引起的極限誤差為1 mm;最后通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量修正累積偏差≥2 mm的螺栓孔位點(diǎn)。

3 測(cè)量技術(shù)方案的實(shí)施

3．1 螺栓孔孔位偏差數(shù)據(jù)采集

與環(huán)吊生產(chǎn)廠家大連重工·起重集團(tuán)(簡(jiǎn)稱大起)協(xié)調(diào)時(shí)間窗口，在完成6 段環(huán)吊梁及18 段軌道加工、環(huán)吊梁下蓋板成組螺栓孔鉆孔、環(huán)吊梁在廠內(nèi)環(huán)形支撐上拼裝并按照安裝技術(shù)指標(biāo)調(diào)整后，進(jìn)駐廠家進(jìn)行孔位偏差數(shù)據(jù)采集工作。

在廠內(nèi)施測(cè)前主要檢測(cè)環(huán)軌梁內(nèi)緣半徑和圓度以及軌道上表面的水平度(若廠家翻轉(zhuǎn)后拼裝的環(huán)軌梁上未安裝軌道，則檢查環(huán)軌梁下蓋板表面的水平度);對(duì)組裝好的環(huán)形軌道梁從1501-1 ～1501 -6 按逆時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行標(biāo)識(shí)并對(duì)軌道支撐從1 ～36 按逆時(shí)針?lè)较蛑鹨粯?biāo)識(shí)，且3#支撐對(duì)應(yīng)環(huán)梁1501 -1 的第一個(gè)成組螺栓孔的位置。廠內(nèi)拼裝布置圖與島內(nèi)拼裝布置圖，見(jiàn)圖1。

圖1 廠內(nèi)拼裝布置圖與島內(nèi)拼裝布置圖Fig．1 Assembly layout diagrams of both in factory and in nuclear island

采用徠卡水準(zhǔn)儀NA2 和普通塔尺，按照普通工程測(cè)量要求檢測(cè)環(huán)吊軌道梁的整體縱向水平度。操作過(guò)程為:在已拼裝好的環(huán)形軌道近似中心選取架設(shè)水準(zhǔn)儀;在環(huán)軌梁下蓋板底面成組螺栓孔中心位置平均選取72 個(gè)測(cè)量標(biāo)記點(diǎn);依次測(cè)量上述點(diǎn)的標(biāo)高，并記錄;各個(gè)點(diǎn)的相對(duì)高差≤10 mm。

采用徠卡全站儀TC2003，用極坐標(biāo)法對(duì)環(huán)吊軌道梁下蓋板內(nèi)沿半徑、圓度進(jìn)行測(cè)量。操作過(guò)程為:在環(huán)吊軌道梁36 組開(kāi)孔中心線上(半徑方向上)，從內(nèi)邊沿向外量距5 mm，并做出標(biāo)識(shí)，編號(hào)均為6 號(hào)點(diǎn);將儀器架設(shè)于環(huán)梁近似中心，以1 -6 為定向點(diǎn)，測(cè)量1 -6、10 -6、19 -6、28 -6 點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以此4 點(diǎn)的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)環(huán)梁中心點(diǎn)的準(zhǔn)確度，并對(duì)中心點(diǎn)位置進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整;待環(huán)梁中心點(diǎn)位置調(diào)整好后，即可開(kāi)始采集1 ～36 號(hào)螺孔中心線上6 號(hào)點(diǎn)的角度和距離，以此數(shù)據(jù)檢測(cè)環(huán)梁的半徑和圓度。

將徠卡全站儀TC2003 架設(shè)于調(diào)整好后的中心點(diǎn)位置，設(shè)置好儀器的溫度氣壓參數(shù)，把定位塊(見(jiàn)圖2)依次安裝在需要測(cè)量的180 個(gè)環(huán)吊軌道梁螺栓孔上;利用條式水平儀對(duì)定位塊上表面精確找平;將對(duì)中棱鏡桿插入定位塊中，用極坐標(biāo)法進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)采集的數(shù)據(jù)即為環(huán)吊軌道梁螺栓孔的中心，對(duì)所需采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行兩次測(cè)量，以便檢查單次測(cè)量中存在的粗差，并對(duì)粗差做出相應(yīng)改正，此測(cè)量過(guò)程中儀器固定，不需搬動(dòng)測(cè)站，以免增加設(shè)站誤差。

圖2 環(huán)吊軌道梁圓度檢測(cè)及輔助工裝定位塊示意圖Fig．2 The sketch maps for roundness measurement of ring crane rail beam and positional block of auxiliary fixture

3．2 核電站設(shè)備堆場(chǎng)采集的螺栓孔孔位偏差數(shù)據(jù)與生產(chǎn)廠家采集數(shù)據(jù)對(duì)比分析

為了確保螺栓孔位數(shù)據(jù)的可靠性，在核電站設(shè)備堆場(chǎng)進(jìn)行環(huán)吊梁正放拼裝，使用極坐標(biāo)法檢測(cè)內(nèi)側(cè)的孔位偏差數(shù)據(jù)，與大起廠內(nèi)采集的數(shù)據(jù)的對(duì)比分析可見(jiàn):在180 個(gè)螺栓孔位坐標(biāo)中角向偏差比較結(jié)果大于1 mm的孔有27 個(gè)，大于2 mm的孔有1個(gè)，兩次數(shù)據(jù)采集的偏差結(jié)果較為接近。排除測(cè)量誤差等因素，說(shuō)明在大起廠內(nèi)測(cè)量的角向偏差數(shù)據(jù)是可靠的。

考慮到調(diào)整楔塊上成組孔孔徑為50 mm，且每個(gè)孔的位置均接近理論值，為了使牛腿上所鉆的孔能夠與調(diào)整楔塊更好地配合，其徑向偏差均參考理論設(shè)計(jì)值。

3．3 牛腿10°線(角向中心線)的放樣和螺栓孔位放樣

使用徠卡TC2003 全站儀在牛腿上的環(huán)吊安裝平面基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)站，用測(cè)角前方交會(huì)的方式放出36 個(gè)牛腿的角向中心線及環(huán)軌中心線:放出成組螺栓孔的中心線(即牛腿角向中心線)上半徑為17 700 mm 和18 045 mm 的A、B 兩 點(diǎn)，要 求 放 線 誤 差≤±0．5 mm。牛腿10°線(角向中心線)的放樣檢查，如圖3所示。

圖3 牛腿10°線( 角向中心線) 的放樣檢查Fig．3 Setting-out checking of line 10° of bracket

鉗工根據(jù)每個(gè)牛腿10°線上A、B 兩點(diǎn)與5 個(gè)螺栓孔位置關(guān)系，依據(jù)在大起廠采集的孔位偏差數(shù)據(jù)在牛腿上劃出成組螺栓孔的實(shí)際位置，通過(guò)螺栓孔孔間距檢查劃線質(zhì)量。在環(huán)吊安裝平面基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)站，用測(cè)量?jī)x器對(duì)每個(gè)牛腿上5 個(gè)螺栓孔的實(shí)際位置進(jìn)行復(fù)測(cè)，并比較其切向偏差，對(duì)偏差大于2 mm的孔位給予修正。確認(rèn)無(wú)誤后利用環(huán)軌梁下調(diào)整楔塊的理論模板對(duì)每個(gè)牛腿上的成組螺栓孔進(jìn)行比對(duì)，判斷其位置偏差并給予修正;符合限差后畫出螺栓孔的孔位。應(yīng)注意的是，上述孔位修正必須以角向中心線和半徑參考線為基準(zhǔn)。牛腿圓螺栓孔最終孔位偏差統(tǒng)計(jì)(部分)，見(jiàn)表2。

表2 牛腿螺栓孔最終孔位偏差統(tǒng)計(jì)表( 部分)Tab．2 Final positional error statistics of some bolt holes in bracket

以上檢查無(wú)誤后，按牛腿上所劃孔位進(jìn)行造孔作業(yè)。實(shí)踐證明，環(huán)吊軌道梁180 個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔和牛腿上180 個(gè)螺栓孔位完全匹配。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析環(huán)吊軌道梁螺栓孔位限差及其熱脹冷縮規(guī)律，并在軌道梁螺栓孔定位測(cè)量中予以充分考慮，通過(guò)冗余測(cè)量手段驗(yàn)證孔位，精準(zhǔn)的將軌道梁螺栓孔位映射到牛腿上，確保環(huán)吊軌道梁180 個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔和牛腿上180 個(gè)螺栓孔位完全匹配，為環(huán)吊軌道及軌道梁一次吊裝提供了測(cè)量技術(shù)保證，相比二次吊裝工藝，既節(jié)省了工期，又產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 張正祿．工程測(cè)量學(xué)［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2005．

［2］ 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院測(cè)量平差學(xué)科組． 誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2003．

［3］ 華錫生，黃藤．精密工程測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用［M］． 南京:河海大學(xué)出版社，2002．