基于測(cè)量機(jī)器人的壓水堆核電廠裝卸料機(jī)固定套筒垂直度測(cè)量方法

鄭鶴 鄧代樹(shù) 李明勇

【摘 要】介紹了傳統(tǒng)測(cè)量裝卸料機(jī)固定套筒垂直度的方法，對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量方法應(yīng)用于裝卸料機(jī)垂直套筒測(cè)量上的弊端進(jìn)行了分析，提出了改進(jìn)方案。通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)方法、改進(jìn)方法的優(yōu)劣以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的情況驗(yàn)證，得出了新的改進(jìn)方案有效率高、風(fēng)險(xiǎn)低、精度高的優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】裝卸料機(jī);固定套筒;垂直度測(cè)量;全站儀

裝卸料機(jī)（圖1）是壓水堆核電廠燃料裝卸和貯存系統(tǒng)的重要設(shè)備。通過(guò)裝卸料機(jī)的伸縮套筒及其下部夾爪抓取或釋放燃料組件，完成換料操作。裝卸料機(jī)的伸縮套筒在固定套筒的約束下進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)9m的升降運(yùn)動(dòng)。為了保證夾爪在反應(yīng)堆堆芯的準(zhǔn)確定位，以便于安全的抓取松開(kāi)組件，對(duì)于裝卸料機(jī)的固定套筒垂直度、伸縮套筒垂直度有很高的要求。在壓水堆核電站每次大修都要進(jìn)行伸縮套筒垂直度測(cè)量，針對(duì)該項(xiàng)工作已經(jīng)有較為成熟的方案。但是針對(duì)裝卸料機(jī)固定套筒的檢查方法目前仍然是空白，而在固定套筒產(chǎn)生碰撞后對(duì)于套筒的數(shù)據(jù)測(cè)量又顯得尤為重要。針對(duì)該問(wèn)題，需要研發(fā)一套區(qū)別于傳統(tǒng)的鉛垂線測(cè)量方式。該方式不需要下構(gòu)件池而直接在岸上完成，減少測(cè)量工作的風(fēng)險(xiǎn)，提高測(cè)量效率。

固定套筒垂直度傳統(tǒng)測(cè)量方式簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)測(cè)量方法

垂直度是位置公差，用于評(píng)價(jià)直線之間、平面之間或直線與平面之間的垂直狀態(tài)。固定套筒垂直度就是固定套筒偏離理論鉛垂線的距離。

傳統(tǒng)的測(cè)量方法（圖2）是采用鉛垂線的測(cè)量方法，即從固定套筒頂端吊一根鉛垂線，通過(guò)測(cè)量固定套筒基準(zhǔn)面與鉛垂線的距離從而測(cè)量固定套筒垂直度。

傳統(tǒng)測(cè)量方法的弊端

傳統(tǒng)方法是目前工程測(cè)量上常用的測(cè)量方法，但是在壓水堆核電站該方法的實(shí)現(xiàn)就非常困難。

傳統(tǒng)測(cè)量方法（圖3）的具體步驟：

1）在構(gòu)件水池搭設(shè)腳手架;

2）在裝卸料機(jī)固定套筒的頂端安裝標(biāo)準(zhǔn)尺寸的鉛垂線掛點(diǎn);

3）人員逐層測(cè)量鉛垂線與固定套筒基準(zhǔn)面的距離。

壓水堆核電站運(yùn)行后反應(yīng)堆構(gòu)件水池底部為高污染、高放射性區(qū)域，工作人員體表沾污風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)極高，因?yàn)槿藛T上上下攀爬腳手架，單次測(cè)量的工作時(shí)間大約為2h，人員受照射劑量達(dá)1000μSv/人，具體風(fēng)險(xiǎn)與弊端如下：

1）人員在腳手架上逐層測(cè)量屬于高空作業(yè)，人員墜落風(fēng)險(xiǎn)很高;

2）測(cè)量?jī)x器直接與沾污設(shè)備接觸，測(cè)量用的儀器沾污報(bào)廢;

3）為了避免人員沾污，人員需要穿戴氣衣或者氣面罩工作，測(cè)量人員操作困難，測(cè)量誤差大;

4）需要兩人配合工作，增加工作人員的額外受照射劑量;

5）測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量人員與放線人員需要溝通，同時(shí)需要與構(gòu)件池上方配合人員溝通，溝通靠手勢(shì)與喊話，溝通困難;

6）測(cè)量人員無(wú)法直觀判斷測(cè)量數(shù)據(jù)是否超差，容易造成多次重復(fù)測(cè)量的情況;

7）如果是安裝性質(zhì)或者是修復(fù)性調(diào)整，則無(wú)法避免的需要多次下構(gòu)件池測(cè)量;

8）人員穿氣衣或氣面罩攀爬腳手架，同樣存在效率低、風(fēng)險(xiǎn)高、工作時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題。

基于測(cè)量機(jī)器人的測(cè)量方法

測(cè)量理論分析

在傳統(tǒng)的測(cè)量方法中通過(guò)測(cè)量鉛垂線與基準(zhǔn)點(diǎn)的距離來(lái)測(cè)量裝卸料機(jī)固定套筒垂直度。改進(jìn)測(cè)量方法的思路是人員無(wú)需在腳手架上反復(fù)測(cè)量，在岸上測(cè)量（圖4）即可。測(cè)量用的儀器自帶水平距離的測(cè)量裝置，通過(guò)將測(cè)量用的標(biāo)靶貼在裝卸料機(jī)固定套筒基準(zhǔn)面上，通過(guò)測(cè)量?jī)x器帶的距離測(cè)量與角度測(cè)量，分別可以得出X值（前后）與Y值（左右），在數(shù)值中選取基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比X值與Y值相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的偏差，即可得出裝卸料機(jī)固定套筒垂直度的變化。同時(shí)標(biāo)靶完成一次設(shè)置，則可以實(shí)現(xiàn)反復(fù)測(cè)量，避免人員反復(fù)下構(gòu)件水池帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)與人員受照劑量的增加。

具體要求包括：

1）在構(gòu)件水池岸上完成測(cè)量，測(cè)量誤差小于1mm;

2）測(cè)量一次完成以下數(shù)據(jù)的測(cè)量：X值（前后）、Y值（左右）、Z值（高度）;

3）架設(shè)一次儀器，可以完成裝卸料機(jī)固定套筒上全部基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量。

測(cè)量設(shè)備選型

為實(shí)現(xiàn)本文2.1中的測(cè)量要求，決定采用基于測(cè)量機(jī)器人（三維激光全站儀裝置）的測(cè)量方案。通過(guò)裝卸料機(jī)固定套筒測(cè)量基準(zhǔn)面最低點(diǎn)的標(biāo)高（14.5m）與最高點(diǎn)的標(biāo)高（21m）進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)架設(shè)儀器高度為1m時(shí)（標(biāo)高21m），最低點(diǎn)俯角最大為45°，高點(diǎn)俯角為0°。

根據(jù)測(cè)量需求，綜合考慮測(cè)量穩(wěn)定、測(cè)角精度、測(cè)距精度、標(biāo)靶安裝簡(jiǎn)易程度、俯仰角測(cè)量范圍以及價(jià)格等因素，最終采用萊卡公司的TCR1201+測(cè)量機(jī)器人（圖5）。

TCR1201+測(cè)量機(jī)器人的測(cè)量數(shù)據(jù)可以單獨(dú)顯示也可以以報(bào)表的形式輸出，同時(shí)如果標(biāo)靶采用萊卡棱鏡的形式，測(cè)距與測(cè)角精度可以進(jìn)一步提升，在本文的測(cè)量工況下只可采用萊卡反射片的標(biāo)靶。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

采用TCR1201+測(cè)量機(jī)器人的裝卸料機(jī)固定套筒垂直度測(cè)量不再需要人員在構(gòu)件水池腳手架上反復(fù)上下測(cè)量，只需要人員將萊卡反射片（標(biāo)靶）黏貼到固定套筒的安裝基準(zhǔn)面上并使其面向測(cè)量機(jī)器人即可。同時(shí)該可測(cè)量方法可以同時(shí)測(cè)量出0°-180°（左右）與90°-270°兩個(gè)方向的垂直度，減少了測(cè)量次數(shù)。另外，在裝卸料機(jī)垂直度測(cè)量結(jié)果不滿足要求需要調(diào)整時(shí)（主要為安裝階段）可以調(diào)整后直接再次測(cè)量，大大減少工作量。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果

本方法在防城港2號(hào)機(jī)首次實(shí)施測(cè)量，測(cè)量后數(shù)據(jù)與工程安裝期間（采用傳統(tǒng)測(cè)量方法）測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，偏差均小于1mm，且偏差的趨勢(shì)相吻合。結(jié)果表明新的測(cè)量方法測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)結(jié)果可靠，滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的精度需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]裝卸料機(jī)操作和運(yùn)行維修手冊(cè) BLX42EOM267W23A45SS B版