ICS27.120評估技術(shù)指南第1部分：設(shè)計技術(shù)指南國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會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)計與評估技術(shù)指南》分為兩個部分：——第1部分：設(shè)計技術(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。本部分由全國核能標準化技術(shù)委員會(SAC/TC58)提出并歸口。本部分起草單位：中國科學(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)計與評估技術(shù)指南第1部分：設(shè)計技術(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)、遙操作部件的等級劃分以及遙操作部件兼容性設(shè)計的建議。本部分適用于遙操作維護設(shè)備與核聚變托卡馬克堆部件之間的兼容性設(shè)計與評估階段。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(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)語第9部分：磁約束核聚變3術(shù)語和定義GB/T4960.3—2010和GB/T4960.9—2013界定的以及下列術(shù)語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)語和定義。點進行后續(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：其磁場是由環(huán)形面上的螺旋形力線構(gòu)成的，由外部場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。工作人員通過窺視窗并借助遠距離工具(如機械手)對強放射性物進行操作的具有厚屏蔽層的封閉室。通過控制機電設(shè)備對損壞后的部件進行遠距離操作的活動。遙操作等級remotehandlingclass為確保遙操作安裝維護對象的維護周期滿足裝置運行要求，對聚變堆裝置可靠運行和安裝維護效率有重要影響的遙操作部件根據(jù)安裝維護頻率和維護周期進行的等級劃分。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)通過遙操作系統(tǒng)將需要維護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，同時將新的部件送入真空室相應(yīng)位置并安裝的過程。聚變堆堆芯部件在壽命周期內(nèi)發(fā)生局部損傷時，通過相應(yīng)的遙操作設(shè)備進行修復(fù)的過程。3GB/T39225.1—2020對聚變堆內(nèi)部所有廢棄的活化材料以及聚變反應(yīng)產(chǎn)物，通過遙操作將其移出真空信息。5遙操作部件的等級劃分根據(jù)遙操作部件的維護要求和兼容性設(shè)計要求，將遙操作部件的等級劃分為1級～3級，其中最高為1級，最低為3級。5.2分級原則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。5.2.2對于阻礙其他部件維護通道的部件，其遙操作等級與遙操作部件一致。5.3等級劃分遙操作部件的等級劃分見表1。遙操作等級兼容性設(shè)計維護1·需進行兼容性設(shè)計(部件預(yù)留足夠的安全操作空間);·通過優(yōu)化部件結(jié)構(gòu)、遙操作設(shè)備及維護流程確保較高維護效率；·設(shè)計完成后，用虛擬模型預(yù)演所有維護任務(wù)；·投入使用前，先加工好維護設(shè)備及實體模型，細化操作步驟并模擬驗證定期維護或更換2·需進行兼容性設(shè)計(部件預(yù)留足夠的操作安全空間);·設(shè)計完成后，用虛擬模型預(yù)演維護任務(wù)中較困難部分；·投入使用前，先加工好維護設(shè)備及實體模型，制定操作步驟不定期維護或更換3·需進行兼容性設(shè)計(提供遙操作接口、預(yù)留操作空間);·設(shè)計時強調(diào)可靠性；·設(shè)計時采用高于常規(guī)部件的設(shè)計標準一般不需要維護，但該部件一旦失效，則會引起聚變堆運行中斷，需要維護或更換6遙操作部件兼容性設(shè)計的建議4GB/T39225.1—20206.2設(shè)計目標實現(xiàn)的目標包括但不限于：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)備及工具對聚變堆部件準確對接和維護；d)能滿足在規(guī)定的時間內(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)計和管理文件見表2。表2各階段兼容性設(shè)計和管理文件涉及階段設(shè)計輸出文件部件概念設(shè)計●采用標準尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝等滿足可靠性設(shè)計要求、人工檢修設(shè)計要求、遙操作維修裝置機械接口標準化要求；●與遙操作設(shè)備概念設(shè)計、遙操作流程同步進行部件定義表、兼容性評估表遙操作設(shè)備概念設(shè)計·采用標準尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝等滿足可靠性設(shè)計要求、人工檢修設(shè)計要求、遙操作維修裝置機械接口標準化要求；·與聚變堆概念設(shè)計、遙操作流程同步進行遙操作設(shè)備系統(tǒng)需求文件遙操作流程設(shè)計與聚變堆概念設(shè)計、遙操作設(shè)備概念設(shè)計同步進行遙操作流程說明文件聚變堆部件初步設(shè)計·采用標準尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝等滿足可靠性設(shè)計要求、人工檢修設(shè)計要求、遙操作維修裝置機械接口標準化要求；●在聚變堆及遙操作設(shè)備概念設(shè)計結(jié)束后才可進行聚變堆系統(tǒng)需求文件、初步設(shè)計文件、設(shè)計圖紙、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹等遙操作設(shè)備初步設(shè)計●采用標準尺寸、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)計結(jié)束后才可進行遙操作設(shè)備系統(tǒng)需求文件、初步設(shè)計文件、設(shè)計圖紙、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹等聚變堆部件工程設(shè)計·遵循設(shè)計文件要求；·聚變堆部件與遙操作設(shè)備接口標準化；·評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)計文件、工程設(shè)計文件及圖紙、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹等遙操作設(shè)備工程設(shè)計·評估遙操作設(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)計文件、工程設(shè)計文件及圖紙、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹等6.3.2遙操作部件布局的設(shè)計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)備的負載能力，以便其維護簡單高效。5GB/T39225.1—20206.3.3.1遙操作部件根據(jù)遙操作等級和遙操作設(shè)備的能力，設(shè)計成具有高效維護性的模塊。6.3.3.3模塊化遙操作部件需適合部件轉(zhuǎn)運車的內(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)進出窗口的6.3.4.1保證遙操作設(shè)備抓取機構(gòu)咬合和解鎖簡6.3.4.2聚變堆部件與遙操作設(shè)備的抓取機構(gòu)連接件及抓取特征一一對應(yīng)。6.3.5.1遙操作部件支撐或吊點在滿足部件的定位和連接強度要求的前提下盡量控制局部尺寸。6.3.5.2遙操作部件安裝時優(yōu)先采用垂直和長直路線傳遞載荷。6.3.6遙操作部件自定位的設(shè)計6.3.6.1考慮部件安裝和拆卸過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定位不宜過約束，并能適當彌補安裝過程中的變形和制造偏差。6.3.6.4定位特征上有視覺標識。6.3.7部件位置識別的設(shè)計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)識別。6.3.7.2為保證部件正確安裝，可通過2～3個獨立的識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標識，其設(shè)置參考以下原則：a)部件正確安裝時，有明確的判斷標識；b)標識不布置在高反射性的表面；c)兩個配合的部件標識有明顯的反差；d)能簡單地靠視覺識別區(qū)分部件和遙操作設(shè)備；f)標識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)需要測量尺寸的部件還需集成合適的測量基準和參考點。證后滿足兼容性和可靠性要求的焊接工藝進行焊接。6.3.8.2非標準焊接接頭，需遵循以下幾點來評估其適用性：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);·切割深度與進度滿足可檢測要求；·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；·焊接殘留物的遠程處理；c)其他·殘留物清理、清洗的措施；·設(shè)計管路焊接時避免交叉焊縫；·設(shè)計合理結(jié)構(gòu)補償切割后的材料損失。6.3.9維護時間與風(fēng)險的設(shè)計6.3.9.1遙操作部件宜采用簡單的遙操作流程。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通道受其他部件的阻礙。6.3.9.4遙操作部件單個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)計中除滿足國家標準的標準件要求，還需滿足兼容性設(shè)計要求。在滿足國家標準要求的同時，緊固件還需考慮以下因素：a)緊固件在進入真空室之前進行符合真空要求的清洗并保持干凈，避免對真空室的污染；b)緊固件使用前經(jīng)過裝配測試，以驗證在真空室內(nèi)的可用性；c)在緊固件選型時，考慮咬死的恢復(fù)方法，并將此方法納入到最終的設(shè)計中；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化接口和安裝難度，同時考慮遙操作工具需要的空間尺寸；g)兩個相互配合緊固件盡量采用不同的材料以防止螺紋咬合，同時考慮到相關(guān)的膨脹系數(shù)和材在滿足國家標準要求的同時，定位銷還需考慮以下因素：7GB/T39225.1—2020a)設(shè)計定位銷的長度和直徑時考慮遙操作方法和預(yù)期載荷；b)降低在安裝和工作過程中側(cè)向力對機械定位銷的影響；c)優(yōu)先設(shè)計在被安裝的部件上，以作為視覺識別；d)在滿足定位和強度要求的基礎(chǔ)上，盡量縮短定位銷尺寸；e)宜采用成對的平行定位銷來完全約束兩個配合面，其中一個銷插在安裝孔內(nèi)，可以減少兩個平移自由度，另一個銷插在一個短槽內(nèi)，減少安裝孔的一個轉(zhuǎn)動自由度；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與觸針靠近，觸針盡量分布在一個中央卡扣的周圍。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確性；b)根據(jù)設(shè)計需求不同，導(dǎo)向銷宜安裝在部件或者配合部件上；c)導(dǎo)向銷的長度決定于接口的性質(zhì)和裝配期間的可視性，可視性差時采用長導(dǎo)向銷。螺栓需考慮以下因素：a)螺栓優(yōu)先選擇符合國家標準的內(nèi)六角沉頭螺栓，內(nèi)六角槽采用銑或者鍛造加工；當不能使用內(nèi)六角螺栓時，宜采用標準尺寸的外六角螺栓或十二角螺栓；b)在遠程裝配期間，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，沒有裂紋和碎屑，便于安裝和拆卸。在滿足國家標準要求的同時，螺釘及螺母還需考慮以下因素：a)螺釘宜采用末端設(shè)計為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)電氣連接頭能被遠程插入和取出，并且可以被維護設(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發(fā)生碰撞；c)電氣連接頭之間有足夠的間隙，以便維護設(shè)備能遠程操作電氣連接頭；d)電氣連接頭及安裝插座沿槽遠程安裝，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，每個連接針頭之間間隔8mm,