DB34T∕ 2734.1-2016 托卡馬克聚變堆部件兼容性設(shè)計(jì)與評(píng)估技術(shù)指南 第1部分：設(shè)計(jì)　　

技術(shù)指南第1部分：設(shè)計(jì)HYPERLINK安徽省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布I本部分按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。DB34/T2734《托卡馬克聚變堆部件兼容性設(shè)計(jì)與評(píng)估技術(shù)指南》分為如下2個(gè)部分：——第1部分：設(shè)計(jì)；——第2部分：評(píng)估。本部分由中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所提HYPERLINK1托卡馬克聚變堆部件兼容性設(shè)計(jì)與評(píng)估技術(shù)指南第1部分：設(shè)計(jì)1范圍DB34/T2734的本部分規(guī)定了托卡馬克聚變堆部件關(guān)于維護(hù)需求與遙操作系統(tǒng)兼容性的設(shè)計(jì)要求。本部分適用于托卡馬克聚變堆部件設(shè)計(jì)的所有階段。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，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。65開槽圓柱頭螺釘67開槽盤頭螺釘70.1內(nèi)六角圓柱頭螺釘91開口銷117圓錐銷1237緊固件標(biāo)記方法3098(所有部分)緊固件機(jī)械性能4960.1核科學(xué)技術(shù)術(shù)語(yǔ)第1部分：核物理與核化學(xué)4960.9核科學(xué)技術(shù)術(shù)語(yǔ)第9部分：磁約束核聚變5780六角頭螺栓C級(jí)5781六角頭螺栓全螺紋C級(jí)5782六角頭螺栓5783六角頭螺栓全螺紋xn61701型六角螺母61752型六角螺母xn16823.2螺紋緊固件緊固通測(cè)使用，請(qǐng)勿傳播或其他用途3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T4960.1和GB/T4960.9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GB/T4960.9中的某些術(shù)語(yǔ)和定義。托卡馬克Tokamak環(huán)流器2DB34/T2734.1—2016意為環(huán)形真空磁室，托卡馬克一詞來(lái)自俄語(yǔ)的單詞縮寫。[GB/T4690.9-2013,定義2.1.284]聚變堆fusionreactor利用可控聚變反應(yīng)產(chǎn)生聚變能的裝置。[GB/T4690.9-2013,定義2.4.44]真空室vacuumvessel;W在聚變裝置中為獲得等離子體而提供的高真空容器。[GB/T4690.9-2013,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、部分加熱系統(tǒng)、內(nèi)部抽氣系統(tǒng)、診斷傳感器等。[GB/T4690.9-2013,定義2.2.63]在聚變堆堆芯周圍將聚變能轉(zhuǎn)變成熱能和產(chǎn)生氚的結(jié)構(gòu)。[GB/T4690.9-2013,定義2.4.10]偏濾器divertor統(tǒng)特意加入的雜質(zhì)等而設(shè)置的裝置。[GB/T4690.9-2013,定義2.2.25]熱室hotcell用于聚變堆部件維修與測(cè)試的場(chǎng)所。使遙操作remotehandling(RH)通過(guò)機(jī)電設(shè)備控制在聚變堆中遠(yuǎn)距離操作的活動(dòng)，又稱遠(yuǎn)程操作。34.1部件更換需要維護(hù)更換的托卡馬克聚變堆內(nèi)部部件(如包層、偏濾器等),通過(guò)遙操作系統(tǒng)將其從真空室拆4.2部件維修4.3廢料處理5.1分級(jí)根據(jù)部件的失效概率(50年內(nèi))、維護(hù)要求和遙操作兼容性設(shè)計(jì)要求，將遙操作等級(jí)劃分為1～4級(jí)，其中最高為1級(jí)，最低為4級(jí)。5.2.1聚變堆部件應(yīng)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)應(yīng)與被阻礙部件一致。5.2.3部件的遙操作等級(jí)確認(rèn)后六才可確等級(jí)(50年以內(nèi))1定期維護(hù)或更換1、需進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)(特別要求：部件應(yīng)預(yù)留足夠的操作安全空間)4表1(續(xù))(50年以內(nèi))1確保較高維護(hù)效率：3、設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)用虛擬模型預(yù)演所有維護(hù)任務(wù)；細(xì)化操作步驟并模擬確認(rèn)；21、需進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)(特別要求：部件應(yīng)預(yù)留足夠的操作安全空間);困難部分；細(xì)化操作步驟；33×102≤P≤3×10-11、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);2、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)可靠性；3、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用高于常規(guī)部件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。4不需要維護(hù)或更換；以被消耗或經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的停放后可以人工維護(hù)的部件也不需要維護(hù)無(wú)6部件兼容性設(shè)計(jì)要求6.1應(yīng)用范圍遙操作等級(jí)為1、2、3的部件都應(yīng)進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)。6.2部件兼容性設(shè)計(jì)目標(biāo)6.2部件兼容性設(shè)計(jì)目標(biāo)b)應(yīng)在遙操作設(shè)備可實(shí)現(xiàn)的裝配精度和載荷范圍內(nèi)完成部件裝配；c)應(yīng)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；d)應(yīng)能滿足在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成部件裝配的要求。6.3設(shè)計(jì)階段及要求6.3.1部件兼容性涉及的主要階段包括：聚變堆部件概念設(shè)計(jì)、遙操作設(shè)備概念設(shè)計(jì)、遙操作流程、聚變堆部件詳細(xì)設(shè)計(jì)、遙操作設(shè)備詳細(xì)設(shè)計(jì)、聚變堆部件制造、遙操作設(shè)備制造。不同設(shè)計(jì)階段部件兼容性的設(shè)計(jì)要求和輸出文件見(jiàn)表2。5表2各階段兼容性設(shè)計(jì)要求和管理文件聚變堆部件概念設(shè)計(jì)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝及技術(shù)；部件定義表；應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝及技術(shù)；遙操作流程說(shuō)明聚變堆部件詳細(xì)設(shè)計(jì)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝及技術(shù)；聚變堆系統(tǒng)需求文件應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝及技術(shù)；聚變堆部件制造應(yīng)遵循設(shè)計(jì)文件要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；聚變堆部件與遙操作設(shè)備接口質(zhì)量化；接口質(zhì)量控制；應(yīng)遵循設(shè)計(jì)文件要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；6.3.2部件布局的設(shè)計(jì)要求部件在真空室內(nèi)部的布局應(yīng)考慮真空室內(nèi)部形狀、窗口位置及遙操作設(shè)備，以便其維護(hù)簡(jiǎn)單高效。6.3.3模塊化的設(shè)計(jì)要求部件應(yīng)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。螺栓、螺母、墊圈、連接頭、線纜等宜設(shè)計(jì)在部件模塊內(nèi)，同時(shí)考慮標(biāo)準(zhǔn)件的可更換性。模塊化部件應(yīng)適合部件轉(zhuǎn)運(yùn)車的內(nèi)部尺寸及載重能力。模塊化部件應(yīng)適合相關(guān)進(jìn)出窗口的尺寸、形狀。6.3.4安全抓取的設(shè)計(jì)要求應(yīng)保證遙操作設(shè)備抓取機(jī)構(gòu)咬合和解鎖簡(jiǎn)單、安全可靠。聚變堆部件與遙操作設(shè)備的抓取機(jī)構(gòu)連接件及抓取特征應(yīng)一一對(duì)應(yīng)。抓取機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)置自鎖結(jié)構(gòu)，防止在抓取流程完成之前，部件與抓取機(jī)構(gòu)分離。6.3.5載荷傳遞的設(shè)計(jì)要求充使用，請(qǐng)勿傳播或其他用途部件支撐或吊點(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厚度。部件安裝時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用垂直和長(zhǎng)直路線傳遞載荷。6.3.6部件自定位的設(shè)計(jì)要求應(yīng)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)備接口均應(yīng)有定位不應(yīng)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。部件自定位設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)膰Ш显６缺苊庋b配中的卡澀和擠壓。定位特征上應(yīng)有視覺(jué)標(biāo)識(shí)。6DB34/T2736.3.7部件位置識(shí)別的設(shè)計(jì)要求應(yīng)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。為保證部件正確安裝，可通過(guò)2到3個(gè)獨(dú)立的識(shí)別特征獲得清晰的部件定位指示。部件應(yīng)有多個(gè)視覺(jué)標(biāo)識(shí)，其設(shè)置應(yīng)參考以下原則：a)部件正確安裝時(shí)，應(yīng)有明確的判斷標(biāo)識(shí)；b)標(biāo)識(shí)不應(yīng)布置在高反射性的表面；c)兩個(gè)配合的部件標(biāo)識(shí)應(yīng)有明顯的反差；d)應(yīng)能簡(jiǎn)單地靠視覺(jué)識(shí)別區(qū)分部件和遙操作設(shè)備；e)所有的部件都應(yīng)清晰地標(biāo)識(shí)，特別是連接頭、線纜；f)標(biāo)識(shí)宜使用固定激光或其他光源以協(xié)助定位配合部件；g)需要測(cè)量尺寸的部件還應(yīng)集成合適的測(cè)量基準(zhǔn)和參考點(diǎn)。6.3.8焊接的要求對(duì)遙操作等級(jí)為1、2、3的部件，如只能采用焊接方式裝配，應(yīng)選擇具備兼容性的焊接工藝。若需使用非標(biāo)焊接接頭，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)來(lái)評(píng)估其適用性：●切割工具的定位精確度；●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)度的檢測(cè)和感知；●切割工具安裝空間、焊接空間與真空撿漏空間的需求?！穸ㄎ患昂附悠陂g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；●焊接殘留的遠(yuǎn)程處理；●焊接質(zhì)量檢測(cè)(無(wú)損檢測(cè)、真空檢漏)。設(shè)計(jì)合理績(jī)構(gòu)補(bǔ)償切割后的材料損朱。請(qǐng)勿傳播或設(shè)計(jì)合理績(jī)構(gòu)補(bǔ)償切割后的材料損朱。請(qǐng)勿傳播或其他用途6.3.9維護(hù)時(shí)間與風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)要求宜采用簡(jiǎn)單的遙操作流程。宜采用整體更換部件模塊。應(yīng)避免維護(hù)通道受其他部件的阻礙。應(yīng)減少標(biāo)準(zhǔn)件的類型、規(guī)格。單個(gè)部件維修盡可能使用一套遙操作設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。6.3.10標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求7部件兼容性設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的零件包括定位銷、導(dǎo)向銷、螺栓、螺母和螺釘?shù)仍趦?nèi)的緊固件、電氣連接頭和流體連接頭。設(shè)計(jì)中應(yīng)在滿足兼容性要求的基礎(chǔ)上，盡量采用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)件。標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)要求參見(jiàn)附錄A。8DB34/T2734(資料性附錄)A.1.1緊固件通用要求在滿足GB/T1237、GB/T3098和GB/T16823.b)緊固件在進(jìn)入真空室之前應(yīng)進(jìn)行符合真空A.1.2定位銷A.1.2.1基本要求A.1.2.2機(jī)械件定位銷A.定位兩個(gè)裝配部件至少需A.設(shè)計(jì)定位銷的長(zhǎng)度和直徑時(shí)應(yīng)考慮遙操作播或其他用途A.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，9DB34/T2734.1—2016A.應(yīng)在球頭銷和圓柱銷安裝完成后，再安裝電氣觸針。A.定位接頭的固定點(diǎn)應(yīng)與觸針靠近；觸針應(yīng)盡量分布在一個(gè)中央卡扣的周圍。A.一種通用的電氣件定位銷如圖A.2所示。A.1.3導(dǎo)向銷A.1.3.1應(yīng)采用導(dǎo)向銷以降低定位銷初始定位的不準(zhǔn)確性。A.1.3.2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。A.1.3.3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)應(yīng)采用長(zhǎng)導(dǎo)向銷。A.1.3.4一種通用的導(dǎo)向銷設(shè)計(jì)如圖A.3所示。槽槽裝配孔暗A(chǔ).1.4.1真空室內(nèi)M10以上的螺栓都應(yīng)有2mm以上的定位孔使A.1.4.2螺栓應(yīng)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)六角槽應(yīng)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。A.1.4.3螺栓上的螺紋應(yīng)滿足一下要求：a)在遠(yuǎn)程裝配期間，應(yīng)采用大公差的外螺紋以協(xié)助定位；b)螺紋應(yīng)有良好的表面粗糙度，沒(méi)有裂縫和碎屑；c)在滿足表面粗糙度良好的情況下，螺紋應(yīng)由軋制或者切屑加工得到；d)螺紋尾部應(yīng)收至螺紋開頭的地方，如圖A.4所示。A.1.4.4應(yīng)在符合以上標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)先采用滿足GB/T5780、GB/T5781、GB/T5782和GB/T5783等相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的螺栓。螺紋尾部收至螺紋開頭的地方A.1.5.1應(yīng)采用符合GB/T65、GB/T67和GB/T70.1等A.1.5.2螺釘?shù)闹睆綉?yīng)與螺紋內(nèi)徑相同。A.1.5.3螺釘?shù)拈L(zhǎng)度應(yīng)為3倍的螺距，特殊情況下長(zhǎng)度可以減少，但至少應(yīng)為1.5倍的螺距。A.1.5.4末端宜設(shè)計(jì)為60度夾角的錐形。圖A.5標(biāo)準(zhǔn)螺釘圖A.2.1電氣連接頭的安裝位置應(yīng)避免A.2.2電氣連接頭應(yīng)能被遠(yuǎn)程插入和取出，并且可以被維護(hù)設(shè)A.2.3連接頭之間應(yīng)有足夠的間隙，以便維護(hù)設(shè)備能遠(yuǎn)程操作電A.2.4所有設(shè)備與跨接線和跨接管之間的連接頭應(yīng)盡量垂直安裝，且宜向下安裝，與垂直軸的夾角應(yīng)在30度以內(nèi)。A.2.5圖A.6為推薦的遙操作電氣接頭，該接頭采用了標(biāo)準(zhǔn)的遙操作定位銷結(jié)構(gòu)；接頭上有用于固定9MAXOA.2.6應(yīng)用螺栓工具操作電氣連接頭以斷開包括電氣連接頭在內(nèi)的接口。A.2.7連接頭宜采用模塊化設(shè)計(jì)，通用的連接頭針頭容量分別為80針、180針、240針；每個(gè)連接針頭之間間隔8mm,末端采用玻璃絕緣屏蔽線纜包裹；針頭按，40個(gè)或者60個(gè)分