(高清版)GBT 39225.1-2020 托卡馬克聚變堆遙操作部件兼容性設(shè)計(jì)與評(píng)估技術(shù)指南 第1部分：設(shè)計(jì)技術(shù)指南

ICS27.120評(píng)估技術(shù)指南第1部分：設(shè)計(jì)技術(shù)指南國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IGB/T39225.1—2020 12規(guī)范性引用文件 1 14遙操作系統(tǒng)任務(wù) 25遙操作部件的等級(jí)劃分 3 3ⅢGB/T39225.1—2020GB/T39225《托卡馬克聚變堆遙操作部件兼容性設(shè)計(jì)與評(píng)估技術(shù)指南》分為兩個(gè)部分：——第1部分：設(shè)計(jì)技術(shù)指南；本部分為GB/T39225的第1部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本部分由全國(guó)核能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC58)提出并歸口。本部分起草單位：中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所。1GB/T39225.1—2020托卡馬克聚變堆遙操作部件兼容性設(shè)計(jì)與評(píng)估技術(shù)指南第1部分：設(shè)計(jì)技術(shù)指南GB/T39225的本部分提供了核聚變托卡馬克堆遙操作系統(tǒng)任務(wù)、遙操作部件的等級(jí)劃分以及遙操作部件兼容性設(shè)計(jì)的建議。本部分適用于遙操作維護(hù)設(shè)備與核聚變托卡馬克堆部件之間的兼容性設(shè)計(jì)與評(píng)估階段。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T4960.3—2010核科學(xué)技術(shù)術(shù)語(yǔ)第3部分：核燃料與核燃料循環(huán)GB/T4960.9—2013核科學(xué)技術(shù)術(shù)語(yǔ)第9部分：磁約束核聚變3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T4960.3—2010和GB/T4960.9—2013界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。為了便于使用，以下重復(fù)列出了GB/T4960.9—2013中的某些術(shù)語(yǔ)和定義。點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)處理的部件。注2:例如：真空室內(nèi)活化部件(含包層模塊、偏濾器模件、真空室內(nèi)診斷儀器及加熱/電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的室內(nèi)部件等)和其他受可接近性條件限制的部件。注：其磁場(chǎng)是由環(huán)形面上的螺旋形力線構(gòu)成的，由外部場(chǎng)線圈和等離子體自身電流產(chǎn)生。迄今是在等離子體的磁約束研究中最成功的裝置類型。[GB/T4960.9—2013,定義2.1.284]3.3利用可控聚變反應(yīng)產(chǎn)生聚變能的裝置。[GB/T4960.9—2013,定義2.4.44]2GB/T39225.1—2020在聚變裝置中為獲得等離子體而提供的高真空容器。[GB/T4960.9—2013,定義2.4.72]真空室內(nèi)部件in-vesselcomponent直接安裝于托卡馬克真空室內(nèi)的部件，如包層、偏濾器、部分加料系統(tǒng)、內(nèi)部抽氣系統(tǒng)、診斷傳感器等。[GB/T4960.9—2013,定義2.2.63]在聚變堆堆芯周圍將聚變能轉(zhuǎn)變成熱能和生產(chǎn)氚的結(jié)構(gòu)。[GB/T4960.9—2013,定義2.4.10]磁約束聚變裝置中，為分散熱功率、排除燃料及He灰、消除或減少雜質(zhì)、隔離特意加入的雜質(zhì)等而設(shè)置的裝置。工作人員通過(guò)窺視窗并借助遠(yuǎn)距離工具(如機(jī)械手)對(duì)強(qiáng)放射性物進(jìn)行操作的具有厚屏蔽層的封閉室。通過(guò)控制機(jī)電設(shè)備對(duì)損壞后的部件進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作的活動(dòng)。遙操作等級(jí)remotehandlingclass為確保遙操作安裝維護(hù)對(duì)象的維護(hù)周期滿足裝置運(yùn)行要求，對(duì)聚變堆裝置可靠運(yùn)行和安裝維護(hù)效率有重要影響的遙操作部件根據(jù)安裝維護(hù)頻率和維護(hù)周期進(jìn)行的等級(jí)劃分。部件兼容性componentcompatibility部件與部件之間相互協(xié)調(diào)工作的程度。4遙操作系統(tǒng)任務(wù)通過(guò)遙操作系統(tǒng)將需要維護(hù)更換的托卡馬克聚變堆內(nèi)部部件(如包層、偏濾器等)從真空室拆卸并移至熱室，同時(shí)將新的部件送入真空室相應(yīng)位置并安裝的過(guò)程。聚變堆堆芯部件在壽命周期內(nèi)發(fā)生局部損傷時(shí)，通過(guò)相應(yīng)的遙操作設(shè)備進(jìn)行修復(fù)的過(guò)程。3GB/T39225.1—2020對(duì)聚變堆內(nèi)部所有廢棄的活化材料以及聚變反應(yīng)產(chǎn)物，通過(guò)遙操作將其移出真空信息。5遙操作部件的等級(jí)劃分根據(jù)遙操作部件的維護(hù)要求和兼容性設(shè)計(jì)要求，將遙操作部件的等級(jí)劃分為1級(jí)～3級(jí)，其中最高為1級(jí)，最低為3級(jí)。5.2分級(jí)原則5.2.1聚變堆遙操作部件按照其遙操作需求劃分相應(yīng)的遙操作等級(jí)。5.2.2對(duì)于阻礙其他部件維護(hù)通道的部件，其遙操作等級(jí)與遙操作部件一致。5.3等級(jí)劃分遙操作部件的等級(jí)劃分見(jiàn)表1。遙操作等級(jí)兼容性設(shè)計(jì)維護(hù)1·需進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)(部件預(yù)留足夠的安全操作空間);·通過(guò)優(yōu)化部件結(jié)構(gòu)、遙操作設(shè)備及維護(hù)流程確保較高維護(hù)效率；·設(shè)計(jì)完成后，用虛擬模型預(yù)演所有維護(hù)任務(wù)；·投入使用前，先加工好維護(hù)設(shè)備及實(shí)體模型，細(xì)化操作步驟并模擬驗(yàn)證定期維護(hù)或更換2·需進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)(部件預(yù)留足夠的操作安全空間);·設(shè)計(jì)完成后，用虛擬模型預(yù)演維護(hù)任務(wù)中較困難部分；·投入使用前，先加工好維護(hù)設(shè)備及實(shí)體模型，制定操作步驟不定期維護(hù)或更換3·需進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)(提供遙操作接口、預(yù)留操作空間);·設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)調(diào)可靠性；·設(shè)計(jì)時(shí)采用高于常規(guī)部件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一般不需要維護(hù)，但該部件一旦失效，則會(huì)引起聚變堆運(yùn)行中斷，需要維護(hù)或更換6遙操作部件兼容性設(shè)計(jì)的建議4GB/T39225.1—20206.2設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括但不限于：a)在預(yù)留的操作空間內(nèi)使用盡量少的工具完成部件裝配；b)在遙操作設(shè)備及可實(shí)現(xiàn)的操作精度和載荷范圍內(nèi)完成部件拆卸及裝配；c)使用遙操作設(shè)備及工具對(duì)聚變堆部件準(zhǔn)確對(duì)接和維護(hù)；d)能滿足在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成部件裝配的要求。6.3適用階段6.3.1兼容性涉及的主要階段各階段兼容性設(shè)計(jì)和管理文件見(jiàn)表2。表2各階段兼容性設(shè)計(jì)和管理文件涉及階段設(shè)計(jì)輸出文件部件概念設(shè)計(jì)●采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝等滿足可靠性設(shè)計(jì)要求、人工檢修設(shè)計(jì)要求、遙操作維修裝置機(jī)械接口標(biāo)準(zhǔn)化要求；●與遙操作設(shè)備概念設(shè)計(jì)、遙操作流程同步進(jìn)行部件定義表、兼容性評(píng)估表遙操作設(shè)備概念設(shè)計(jì)·采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝等滿足可靠性設(shè)計(jì)要求、人工檢修設(shè)計(jì)要求、遙操作維修裝置機(jī)械接口標(biāo)準(zhǔn)化要求；·與聚變堆概念設(shè)計(jì)、遙操作流程同步進(jìn)行遙操作設(shè)備系統(tǒng)需求文件遙操作流程設(shè)計(jì)與聚變堆概念設(shè)計(jì)、遙操作設(shè)備概念設(shè)計(jì)同步進(jìn)行遙操作流程說(shuō)明文件聚變堆部件初步設(shè)計(jì)·采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝等滿足可靠性設(shè)計(jì)要求、人工檢修設(shè)計(jì)要求、遙操作維修裝置機(jī)械接口標(biāo)準(zhǔn)化要求；●在聚變堆及遙操作設(shè)備概念設(shè)計(jì)結(jié)束后才可進(jìn)行聚變堆系統(tǒng)需求文件、初步設(shè)計(jì)文件、設(shè)計(jì)圖紙、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)等遙操作設(shè)備初步設(shè)計(jì)●采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝及技術(shù)；·在聚變堆及遙操作設(shè)備概念設(shè)計(jì)結(jié)束后才可進(jìn)行遙操作設(shè)備系統(tǒng)需求文件、初步設(shè)計(jì)文件、設(shè)計(jì)圖紙、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)等聚變堆部件工程設(shè)計(jì)·遵循設(shè)計(jì)文件要求；·聚變堆部件與遙操作設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化；·評(píng)估聚變堆部件完工狀態(tài)下的兼容性聚變堆部件接口文件和支持文件、兼容性設(shè)計(jì)文件、工程設(shè)計(jì)文件及圖紙、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)等遙操作設(shè)備工程設(shè)計(jì)·評(píng)估遙操作設(shè)備與聚變堆部件遙操作需求的兼容性最終版遙操作設(shè)備接口文件和支持文件、兼容性設(shè)計(jì)文件、工程設(shè)計(jì)文件及圖紙、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)等6.3.2遙操作部件布局的設(shè)計(jì)遙操作部件在聚變堆堆芯內(nèi)部的布局需考慮內(nèi)部形狀、窗口位置及遙操作設(shè)備的負(fù)載能力，以便其維護(hù)簡(jiǎn)單高效。5GB/T39225.1—20206.3.3.1遙操作部件根據(jù)遙操作等級(jí)和遙操作設(shè)備的能力，設(shè)計(jì)成具有高效維護(hù)性的模塊。6.3.3.3模塊化遙操作部件需適合部件轉(zhuǎn)運(yùn)車的內(nèi)部尺寸及載重能力。6.3.3.4模塊化遙操作部件需適合相關(guān)進(jìn)出窗口的6.3.4.1保證遙操作設(shè)備抓取機(jī)構(gòu)咬合和解鎖簡(jiǎn)6.3.4.2聚變堆部件與遙操作設(shè)備的抓取機(jī)構(gòu)連接件及抓取特征一一對(duì)應(yīng)。6.3.5.1遙操作部件支撐或吊點(diǎn)在滿足部件的定位和連接強(qiáng)度要求的前提下盡量控制局部尺寸。6.3.5.2遙操作部件安裝時(shí)優(yōu)先采用垂直和長(zhǎng)直路線傳遞載荷。6.3.6遙操作部件自定位的設(shè)計(jì)6.3.6.1考慮部件安裝和拆卸過(guò)程中的自嚙合和自定位，部件與安裝位置、遙操作設(shè)備接口均有自定位結(jié)構(gòu)。6.3.6.2定位不宜過(guò)約束，并能適當(dāng)彌補(bǔ)安裝過(guò)程中的變形和制造偏差。6.3.6.4定位特征上有視覺(jué)標(biāo)識(shí)。6.3.7部件位置識(shí)別的設(shè)計(jì)6.3.7.1保證所有的部件和相關(guān)的安裝位置都能被遙操作設(shè)備上的拍攝系統(tǒng)識(shí)別。6.3.7.2為保證部件正確安裝，可通過(guò)2～3個(gè)獨(dú)立的識(shí)別特征獲得清晰的部件定位指示。6.3.7.3部件需有足夠的視覺(jué)標(biāo)識(shí)，其設(shè)置參考以下原則：a)部件正確安裝時(shí)，有明確的判斷標(biāo)識(shí)；b)標(biāo)識(shí)不布置在高反射性的表面；c)兩個(gè)配合的部件標(biāo)識(shí)有明顯的反差；d)能簡(jiǎn)單地靠視覺(jué)識(shí)別區(qū)分部件和遙操作設(shè)備；f)標(biāo)識(shí)宜使用定位激光或其他定位光源以協(xié)助定位配合部件；g)需要測(cè)量尺寸的部件還需集成合適的測(cè)量基準(zhǔn)和參考點(diǎn)。證后滿足兼容性和可靠性要求的焊接工藝進(jìn)行焊接。6.3.8.2非標(biāo)準(zhǔn)焊接接頭，需遵循以下幾點(diǎn)來(lái)評(píng)估其適用性：a)切割·切割工具的定位精確度；6GB/T39225.1—2020·高效高質(zhì)量二次焊接的可能性；·切割期間焊接件的位置約束(適應(yīng)焊接應(yīng)變能);·切割深度與進(jìn)度滿足可檢測(cè)要求；·切割工具安裝空間、焊接空間與真空檢漏空間的需求。b)焊接·定位及焊接期間的支撐力；·焊接工具的定位精度；·焊接期間焊縫背部的氣體清潔；·焊接殘留物的遠(yuǎn)程處理；c)其他·殘留物清理、清洗的措施；·設(shè)計(jì)管路焊接時(shí)避免交叉焊縫；·設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)補(bǔ)償切割后的材料損失。6.3.9維護(hù)時(shí)間與風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)6.3.9.1遙操作部件宜采用簡(jiǎn)單的遙操作流程。6.3.9.2遙操作部件宜采用整體更換部件模塊。6.3.9.3遙操作部件宜避免維護(hù)通道受其他部件的阻礙。6.3.9.4遙操作部件單個(gè)部件維修盡可能使用一套遙操作設(shè)備。氣連接頭和流體連接頭。設(shè)計(jì)中除滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)件要求，還需滿足兼容性設(shè)計(jì)要求。在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，緊固件還需考慮以下因素：a)緊固件在進(jìn)入真空室之前進(jìn)行符合真空要求的清洗并保持干凈，避免對(duì)真空室的污染；b)緊固件使用前經(jīng)過(guò)裝配測(cè)試，以驗(yàn)證在真空室內(nèi)的可用性；c)在緊固件選型時(shí)，考慮咬死的恢復(fù)方法，并將此方法納入到最終的設(shè)計(jì)中；d)擰入、擰出螺栓需要的預(yù)緊力小于遙操作工具的最大力矩；e)機(jī)械緊固件能從配合部件中自由取出，宜采用彈出的方式；f)遙操作緊固件宜采用平行軸以簡(jiǎn)化接口和安裝難度，同時(shí)考慮遙操作工具需要的空間尺寸；g)兩個(gè)相互配合緊固件盡量采用不同的材料以防止螺紋咬合，同時(shí)考慮到相關(guān)的膨脹系數(shù)和材在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，定位銷還需考慮以下因素：7GB/T39225.1—2020a)設(shè)計(jì)定位銷的長(zhǎng)度和直徑時(shí)考慮遙操作方法和預(yù)期載荷；b)降低在安裝和工作過(guò)程中側(cè)向力對(duì)機(jī)械定位銷的影響；c)優(yōu)先設(shè)計(jì)在被安裝的部件上，以作為視覺(jué)識(shí)別；d)在滿足定位和強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，盡量縮短定位銷尺寸；e)宜采用成對(duì)的平行定位銷來(lái)完全約束兩個(gè)配合面，其中一個(gè)銷插在安裝孔內(nèi)，可以減少兩個(gè)平移自由度，另一個(gè)銷插在一個(gè)短槽內(nèi)，減少安裝孔的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；f)電氣件定位銷采用緊湊、可控的球頭銷；g)電氣件定位銷在球頭銷和圓柱銷安裝完成后，再安裝電氣觸針；h)電氣件定位銷定位接頭的固定點(diǎn)與觸針靠近，觸針盡量分布在一個(gè)中央卡扣的周圍。導(dǎo)向銷需考慮以下因素：a)采用導(dǎo)向銷以降低定位銷初始定位的不準(zhǔn)確性；b)根據(jù)設(shè)計(jì)需求不同，導(dǎo)向銷宜安裝在部件或者配合部件上；c)導(dǎo)向銷的長(zhǎng)度決定于接口的性質(zhì)和裝配期間的可視性，可視性差時(shí)采用長(zhǎng)導(dǎo)向銷。螺栓需考慮以下因素：a)螺栓優(yōu)先選擇符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)六角沉頭螺栓，內(nèi)六角槽采用銑或者鍛造加工；當(dāng)不能使用內(nèi)六角螺栓時(shí)，宜采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的外六角螺栓或十二角螺栓；b)在遠(yuǎn)程裝配期間，采用大公差的外螺紋以便于定位；c)螺紋有良好的表面粗糙度，沒(méi)有裂紋和碎屑，便于安裝和拆卸。在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，螺釘及螺母還需考慮以下因素：a)螺釘宜采用末端設(shè)計(jì)為60°夾角的錐形螺釘，便于安裝和定位；b)螺釘和螺母配合盡量采用粗牙間隙配合，防止熱脹冷縮咬合。電氣連接頭需考慮以下因素：a)電氣連接頭能被遠(yuǎn)程插入和取出，并且可以被維護(hù)設(shè)備輕松地取出；b)電氣連接頭的安裝位置避免在移除部件時(shí)發(fā)生碰撞；c)電氣連接頭之間有足夠的間隙，以便維護(hù)設(shè)備能遠(yuǎn)程操作電氣連接頭；d)電氣連接頭及安裝插座沿槽遠(yuǎn)程安裝，在安裝之前，將其安全固定；e)電氣連接頭采用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)連接針頭之間間隔8mm,