AP1000核电站中钢制安全壳及其封头的组装方法与流程

本发明涉及核电站建造领域，尤其涉及ap1000核电站中钢制安全壳(cv)及其封头的组装方法。

背景技术：

ap1000核电站是采用第三代非能动型压水堆的核电站，目前，尚未有成熟的安装施工工艺。钢制安全壳(cv)是ap1000核电站反应堆厂房的内层屏蔽结构，是非能动安全系统中的重要设备之一。cv由位于中间的圆柱形筒体和位于圆柱形筒体上下两端的两个椭圆形状的封头组成，其中，圆柱形筒体的设计直径为39.624m，设计高度为65.633m。封头由内向外的四圈组板圈共64张用钢板制成的封头组板组成，且位于每一圈组板圈上的封头组板的曲率不同，其中，第一圈组板圈即最内圈组板圈是由2块半圆形的封头组板构成，第二圈组板圈由6块封头组板构成，第三圈组板圈由24块封头组板构成，第四圈组板圈由32块封头组板构成；该封头在封头端口处的设计内直径为19.812m，由封头端口处到封头中心处的设计高度11.43m。由此可见，ap1000核电站中的cv具有尺寸大，双曲率或多曲率等特点。另外，由于ap1000核电站对cv封头的组装精度要求较高，因此，在组装过程中要严控控制cv封头在焊接过程中的变形量。但是，由于ap1000核电技术是目前最新的核电技术，尚未有较为成熟的安装技术，也没有较为成熟组装cv封头的方法。

技术实现要素：

为实现ap1000核电站中cv封头的组装，同时满足ap1000核电站中cv封头的组装精度，本发明提出一种ap1000核电站中钢制安全壳的封头的组装方法，所述钢制安全壳包括cv筒体以及安装在所述cv筒体两端的cv顶封头和cv底封头，该组装方法包括如下步骤：

步骤s1、在组装场地中，对所述cv底封头的组装平台进行组装，且所述组装平台包括支撑钢结构及活动安装在所述支撑钢结构上的支撑块，并根据设计要求建立所述组装平台的平面坐标系xoy和所述cv底封头的平面坐标系x'o'y'，所述平面坐标系xoy的原点o与所述平面坐标系x'o'y'的原点o'重合，所述平面坐标系xoy的x轴方向与所述平面坐标系x'o'y'的x'方向之间存在角度差θ，且θ＝5.625°，所述平面坐标系xoy的y轴方向与所述平面坐标系x'o'y'的y'方向之间存在角度差β，且θ+β＝180°；

步骤s2、在所述组装场地中布设4-6个控制点，任意两个控制点之间两两通视，并根据所述控制点确定水平控制网和水准控制网；

步骤s3、利用全站仪对所述组装平台上的支撑块的支撑中心点进行测量，并根据测量结果和所述cv底封头的理论形状对所述支撑块进行调整，使所述支撑块与所述cv底封头的理论形状的外轮廓线贴合；

步骤s4、在所述组装场地中架设全站仪，并利用所述水平控制网对该全站仪的方向和标高进行标定；

对所述cv底封头进行组装得到形状未成型的cv底封头，且在对所述cv底封头中每一圈的组板圈进行组装过程中，

首先，以所述平面坐标系x'o'y'的x'方向为起始方向，安装所述组板圈中的起始封头组板，待所述起始封头组板安装至大致位置时，利用所述全站仪对所述起始封头组板的中心线进行测量，根据测量数据计算出所述起始封头组板的中心线对应在所述平面坐标系x'o'y'中的对应中心线l1，并对该对应中心线l1和所述起始封头组板的中心线对应在所述平面坐标系x'o'y'中的理论对应中心线l1'进行比较，当所述对应中心线l1与所述理论对应中心线l1'不重合时，对所述起始封头组板进行调整，直至所述对应中心线l1与所述理论对应中心线l1'重合；

接着，对所述组板圈中后续的中间封头组板进行安装，并对所述中间封头组板的中心线进行测量，根据测量数据计算出该中间封头组板的中心线对应在所述平面坐标系x'o'y'中的对应中心线l中，并对该对应中心线l中与所述中间封头组板的中心线对应在所述平面坐标系x'o'y'中的理论对应中心线l中'进行比较，当二者不重合时，对所述中间封头组板进行调整，直至二者重合，并通过点焊方法对所述中间封头组板进行焊接固定；

然后，在安装调整封头组板前，在所述组板圈中位于所述调整封头组板两侧的封头组板上沿所述cv底封头的径向弧线标记出若干个调整测量点，所述调整测量点靠近所述封头组板朝向所述调整封头板的对接边缘，且在同一径向弧线上，任意两个调整测量点与所述对接边缘之间的间距相等，任意相邻的两个调整测量点之间的径向弧段的弧长c≤2m，利用全站仪测量出所述调整测量点的三维坐标，计算出所述调整封头组板的尺寸；根据计算得出的所述调整封头组板的尺寸对所述调整封头组板进行加工，在加工完成后对所述调整风头组板进行安装并通过点焊固定；

最后，利用全站仪对所述组板圈的上口半径r和水平度进行测量，并记录测量得到的上口半径r及水平度的值；

步骤s5、在所述cv底封头组装完成且进行满焊焊接前，利用全站仪或样板对形状未成型的cv底封头中的局部偏差进行测量，且所述样板的弧长大于或等于4776mm；在测量完成后，对所述cv底封头中的封头组板进行满焊焊接固定，并在满焊焊接过程中利用全站仪或样板对所述cv底封头的形状进行监控测量，并根据所述cv底封头的形状的变化情况进行焊接调整，直至焊接完成，所述cv底封头的形状成型；

步骤s6、将全站仪架设在所述成型的cv底封头的内表面中心上，测量出在竖直方向上距离所述成型的cv底封头的内表面中心点11430mm的筒体端直径d；利用全站仪或样板对成型的cv底封头的形状进行测量，验证所述成型的cv底封头是否符合设计要求，若所述成型的cv底封头符合设计要求，则所述cv底封头组装完成；

同理，采用上述方法对所述cv顶封头进行组装。

采用该组装方法对ap1000核电站中钢制安全壳的封头进行组装时，通过对组装平台上的支撑块的支撑中心点进行测量调整，提高了组装平台的组装精度；在对封头组板进行拼装的过程中，通过对封头组板的中心线的测量，确定封头组板的安装位置的精确度，并根据该精确度对封头组板的安装位置进行调整，从而提高封头组板的安装精度，进而提高封头的组装精度。在封头满焊焊接成型前，对形状未成型的封头中的局部偏差进行测量，可根据测量得知的局部偏差量对焊接参数进行调整，以减小偏差。在满焊焊接过程中，对封头的形状进行监控测量，从而可根据监控测量结果对焊接参数进行调整，减小封头的形状因焊接产生的变形，提高封头的组装精度。在满焊完成后，对成型的封头的形状进行测量，以验证成型的封头是否符合设计要求，以免在对钢制安全壳进行组装时，因封头不符合设计要求而导致钢制安全壳的组装返工，甚至无法完成钢制安全壳的组装。

优选地，在所述步骤s3中，所述支撑块为长方体块，对所述支撑块的支撑中心点进行测量时，先在所述支撑块的顶面上画对角线，且所述对角线的交点为所述支撑块的支撑中心点。这样，可提高支撑块的支撑中点的测量精度，进而可提高组装平台的组装精度。

优选地，在所述步骤s4中，对所述组板圈的上口半径r进行测量时，对所述组板圈中的每一块封头组板的上口的中点及两个端点进行测量。这样，通过对同一封头组板上不同点进行测量来获得组板圈在该封头组板处的上口半径r，可提高测量得到的上口半径r的精度，进而可提高封头的组装精度。

优选地，在所述步骤s4中，将测量得出的所述调整测量点的三维坐标输入到绘图软件中，得出所述调整封头组板的尺寸。这样，组装人员可根据测量数据直接通过绘图软件获知调整封头组板的尺寸，操作方便快捷，且获得的调整封头组板的尺寸精度高。

优选地，在所述步骤s5中，利用全站仪对形状未成型的cv底封头中的局部偏差进行测量时，所述全站仪架设在所述cv底封头的内表面中心上，并在所述cv底封头的内表面上设置若干个均匀分布的测量点。

优选地，在所述步骤s6中，利用全站仪对所述筒体端直径d进行测量时，先利用所述全站仪对位于所述成型的cv底封头的内表面上的直径测量点m点进行测量，且该m点在竖直方向上的标高为11430mm±1mm时，记录m点的角度αm和半径rm；然后将所述全站仪沿水平方向旋转180度，并对所述全站仪对应的直径测量点的标高进行测量，当所述直径测量点的标高为11430mm±1mm时，将该直径测量点记为n点，并记录n点的角度αn和半径rn，且当αm和αn据均小于或等于5°时，rm+rn＝d。这样，可提高封头的筒体端直径的测量精度。

优选地，在所述cv底封头中，每个封头组板上设置有至少两个直径测量点。

本发明还提出一种ap1000核电站中钢制安全壳的组装方法，在利用上述任一种ap1000核电站中钢制安全壳的封头的组装方法将所述封头组装成型后，在成型的cv封头的内表面的中心处设置十字型反射片，并将所述封头安装就位，利用全站仪对所述十字型反射片进行测量，得到所述十字型反射片的中心的坐标，并计算得出所述封头的中心位置的坐标；

在所述成型的cv封头的上端口的内圆上布置若干个等高测量点，并利用全站仪对所述等高测量点的标高进行测量，得出所述成型的cv封头的安装水平度；

在所述成型的cv底封头的临时支柱的法兰上放线并标记出至少8个与核岛内的支柱平台上的位置点相对应的安装定位点；在所述成型的cv底封头安装到所述支柱平台上后，且当所述安装定位点与位置对应的位置点的重合时，所述成型的cv底封头的安装位置准确；当所述安装定位点与位置对应的位置点的不重合时，所述成型的cv底封头的安装位置存在偏差，对所述成型的cv底封头的安装位置进行调整，直至所述成型的cv底封头的安装位置准确；

将cv筒体安装到所述cv底封头上，并通过焊接连接；将成型的cv顶封头安装到所述cv筒体的顶端，并通过焊接连接，钢制安全壳组装完。

采用该种ap1000核电站中钢制安全壳的组装方法对钢制安全壳进行组装，通过对封头的安装水平度及安装位置进行测量，并根据测量结果对封头的安装位置进行调整，可保证封头的安装精度，进而提高钢制安全壳的组装精度。

优选地，所述等高测量点位于所述成型的cv封头的内表面上且距离所述成型的cv封头的端口处的距离为s，且0<s≤200mm。这样，可以避免等高测量点的位置布设出现误差而导致封头的安装水平度测量不准确。

优选地，所述等高测量点的数量为8个，并在同一圆周上呈均匀分布，以提高封头的安装水平度的测量精度。

附图说明

图1为本发明ap1000核电站中钢制安全壳的封头的组装方法中建立组装平台的平面坐标系和cv底封头的平面坐标系的示意图；

图2为本发明方法中对调整封头组板的尺寸进行测量时调整测量点的布设示意图；

图3为本发明方法中采用样板对封头的形状进行测量时，样板在封头内表面上的布设示意图。

具体实施方式

下面，结合图1-3，对本发明ap1000核电站钢制安全壳及其封头的组装方法进行详细说明。

由于钢制安全壳由cv筒体、cv顶封头及cv底封头构成，其中，cv顶封头安装在cv筒体的顶端，cv底封头安装在cv筒体的低端，且cv顶封头和cv底封头的形状及尺寸极为近似，故以cv底封头为例，对ap1000核电站中钢制安全壳及其封头的组装过程进行详细说明。其中，对ap1000核电站中钢制安全壳的cv底封头进行组装的具体步骤如下：

步骤s1、组装组装平台并建立组装平台的平面坐标系xoy和cv底封头的平面坐标系x'o'y'。

首先，在组装场地中，对组装cv底封头用的组装平台进行组装，该组装平台包括支撑钢结构及活动安装在撑钢结构上的支撑块，在组装过程中，可根据需要对支撑块进行调整，提高组装平台的组装精度，进而提高cv底封头的组装精度。优选地，支撑块为长方体块，制作简单方便。

接着，如图1所示，根据设计要求在组装场地中建立组装平台的平面坐标系xoy和cv底封头的平面坐标系x'o'y'，且平面坐标系xoy的原点o与平面坐标系x'o'y'的原点o'重合，平面坐标系xoy的x轴方向与平面坐标系x'o'y'的x'方向之间存在角度差θ，且θ＝5.625°；平面坐标系xoy的y轴方向与平面坐标系x'o'y'的y'方向之间存在角度差β，且θ+β＝180°。

步骤s2、在组装场地中布设4-6个控制点，任意两个控制点之间两两通视，并根据所述控制点确定水平控制网和水准控制网。当然，也可以根据需要调整控制点的数量及设置位置。

步骤s3、利用全站仪对组装平台上的支撑块的支撑中心点进行测量，并根据测量结果和cv底封头的理论形状对支撑块进行调整，使支撑块与cv底封头的理论形状的外轮廓线贴合。优选地，由于支撑块为长方体块，在对支撑块的支撑中心点进行测量时，先在支撑块的顶面上画对角线，该对角线的交点为支撑块的支撑中心点，测量简单方便，且测量精度高，且根据支撑中心点的测量结果对支撑块进行调整，可提高组装平台的组装精度。

步骤s4、在组装场地中架设全站仪，并利用水平控制网对该全站仪的方向和标高进行标定；

对cv底封头进行组装得到形状未成型的cv底封头。由于，cv底封头是由四圈组板圈构成的，且第一圈组板圈由两块平面投影为半圆形的弧形封头组板对接形成，第二圈组板圈是由6块平面投影为扇形的弧形封头组板对接形成，第三圈组板圈是由24块平面投影为扇形的弧形封头组板对接形成，第四圈组板圈是由32块平面投影为扇形的弧形封头组板对接形成，故，以第四圈组板圈拼装过程为例，对cv底封头的组装过程进行说明。

以平面坐标系x'o'y'的x'方向为起始方向，安装第四圈组板圈4中的起始封头组板41。待起始封头组板41安装至大致位置即起始封头板41的起始侧贴近x'方向时，利用全站仪对起始封头组板41的中心线进行测量，根据测量数据计算出起始封头组板41的中心线对应在平面坐标系x'o'y'中的对应中心线l1，并对该对应中心线l1和起始封头组板41的中心线对应在平面坐标系x'o'y'中的理论对应中心线l1'进行比较，当对应中心线l1与理论对应中心线l1'不重合时，对起始封头组板41进行调整，直至对应中心线l1与理论对应中心线l1'重合。在对起始封头组板41的中心线进行测量时，用全站仪测量出起始封头组板41的上口的中点和下口的中点的平面坐标，即可计算得出起始封头组板41的中心线对应在平面坐标系x'o'y'中的对应中心线。

对第四圈组板圈4中后续的中间封头组板42进行安装，并对中间封头组板42的中心线进行测量，根据测量数据计算出该中间封头组板42的中心线对应在平面坐标系x'o'y'中的对应中心线l中，并对该对应中心线l中与中间封头组板42的中心线对应在平面坐标系x'o'y'中的理论对应中心线l中'进行比较，当二者不重合时，对中间封头组板42进行调整，直至二者重合，并通过点焊方法对中间封头组板42进行焊接固定。在对中间封头组板42的中心线进行测量时，具体测量方法和对起始封头板41的中心线的测量方法相同。

由于第四圈组板圈4中包括32块封头组板，因此，为保证拼装形成的第四圈组板圈4的精度，利用1或2块封头组板作为调整封头组板43，并在拼装时，根据拼装需要的调整封头组板43的尺寸进行加工调整。

在安装调整封头组板43前，如图2所示，在第四圈组板圈4中位于调整封头组板43两侧的中间封头组板42上沿cv底封头的径向弧线上标记出若干个调整测量点421，这些调整测量点421靠近中间封头组板42朝向调整封头板43的对接边缘422，且在同一径向弧线上，任意两个调整测量点421与对接边缘422之间的间距相等，任意相邻的两个调整测量点421之间的径向弧段的弧长c≤2m。径向弧线指的是在封头内表面与经过封头内表面的中心点且与封头端口垂直的平面的相交形成的弧形交线。利用全站仪测量出调整测量点421的三维坐标，并根据这些调整测量点421的三维坐标计算出调整封头组板43的尺寸。优选地，将测量得出的调整测量点421的三维坐标输入到绘图软件比如cad、proe等三维绘图软件中，即可得出调整封头组板43的尺寸，操作方便快捷，且获得的调整封头组板43的尺寸精度高。根据计算得出的调整封头组板43的尺寸对调整封头组板43进行加工，在加工完成后对调整风头组板43进行安装并通过点焊固定，从而得到形状未成型的cv底封头。

这样，在对封头组板进行拼装形成组板圈的过程中，通过对封头组板的中心线的测量，确定封头组板的安装位置的精确度，并根据该精确度对封头组板的安装位置进行调整，从而提高封头组板的安装精度，进而提高底封头的组装精度。

利用全站仪对第四圈组板圈4的上口半径r和水平度进行测量，并记录测量得到的上口半径r及水平度的值。优选地，通过对第四圈组板圈中每一块封头组板上口的中点及两个端点进行测量，来获取第四圈组板圈4的上口半径r，可提高测量得到的上口半径r的精度，进而可提高封头的组装精度。

步骤s5、利用全站仪或样板对形状未成型的cv底封头的形状进行测量，得出该未成型的cv底封头中的局部偏差，以便于组装施工人员根据局部偏差量调节焊接参数，从而通过焊接变形对cv底封头中的局部偏差进行调整，减小偏差。如图3所示，在采用样板5对cv底封头中的局部偏差进行测量时，所使用的样板5的弧长大于或等于4776mm。利用全站仪对形状未成型的cv底封头中的局部偏差进行测量时，全站仪架设在cv底封头的内表面中心上，并在cv底封头的内表面上设置若干个均匀分布的测量点。在测量完成后，对cv底封头中的封头组板进行满焊焊接固定，在满焊焊接过程中，利用全站仪或样板对cv底封头的形状进行监控测量，并根据cv底封头的形状的变化情况调整焊接参数，对cv底封头的形状进行焊接调整，直至满焊焊接完成，cv底封头的形状成型。这样，可减小cv底封头的形状因焊接产生的变形，进而提高底封头的组装精度。

步骤s6、将全站仪架设在成型的cv底封头的内表面中心p上，测量出成型的cv底封头的筒体端直径d，且该筒体端直径d与点p在竖直方向上的距离为11430mm。在利用全站仪对筒体端直径d进行测量时，先利用全站仪对位于成型的cv底封头的内表面上的直径测量点m点进行测量，且该m点在竖直方向上的标高为11430mm±1mm时，记录m点的角度αm和半径rm；然后将全站仪沿水平方向旋转180度，并对全站仪对应的直径测量点的标高进行测量，当直径测量点的标高为11430mm±1mm时，将该直径测量点记为n点，并记录n点的角度αn和半径rn，且当αm和αn据均小于或等于5°时，rm+rn＝d。这样，可提高cv底封头的筒体端直径的测量精度。优选地，每个封头组板上设置有至少两个直径测量点，以进一步提高cv底封头的筒体端直径的测量精度。

利用全站仪或样板对成型的cv底封头的形状进行测量，验证成型的cv底封头是否符合设计要求，若成型的cv底封头符合设计要求，则cv底封头组装完成。这样，只有在cv底封头符合设计要求时，才进行后续操作，将cv底封头安装到cv筒体的底端，以免在对钢制安全壳进行组装时，因封头不符合设计要求而导致钢制安全壳的组装返工，甚至无法完成钢制安全壳的组装。

同理，采用上述方法对cv顶封头进行组装。

在采用上述方法将cv顶封头和cv底封头组装完成后，将成型的cv顶封头和cv底封头移至核岛内进行钢制安全壳的组装，详细过程如下：

首先，在成型的cv底封头的内表面的中心点处设置十字型反射片，并将cv底封头安装就位，利用全站仪对十字型反射片进行测量，从而得到十字型反射片的中心的坐标，进而计算得出cv底封头内表面中心点的坐标。在cv底封头的上端口的内圆上布设若干个等高测量点，并利用全站仪对这些等高测量点的标高进行测量，从而计算得出cv底封头的安装水平度。优选地，等高测量点位于成型的cv底封头的内表面上，距离成型的cv底封头的端口处的距离为s，且0<s≤200mm。这样，可以避免等高测量点的位置布设出现误差而导致封头的安装水平度测量不准确。优选地，等高测量点的数量为8个，并在同一圆周上呈均匀分布，以提高封头的安装水平度的测量精度。同理，采用上述方法对成型的cv顶封头的安装水平度进行测量。

然后，在成型的cv底封头的临时支柱上的法兰上放线并标记出位于0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°的8个安装定位点，该8个安装定位点与核岛内的支柱平台上的8个位置点的位置相对应，在将成型的cv底封头安装到核岛内的支柱平台上后，当这8个安装定位点与核岛内的支柱平台上的8个位置点重合时，cv底封头的安装位置准确；当这8个安装定位点与核岛内的支柱平台上的8个位置点不重合时，cv底封头的安装位置存在偏差，对cv底封头的安装位置进行调整，直至cv底封头的安装位置准确。

最后，将cv筒体安装到cv底封头上，并通过焊接连接；将cv顶封头安装到cv筒体上端，并通过焊接连接，从而完成钢制安全壳的组装。

采用该种ap1000核电站中钢制安全壳的组装方法对钢制安全壳进行组装，通过对封头的安装水平度及安装位置进行测量，并根据测量结果对封头的安装位置进行调整，可保证封头的安装精度，进而提高钢制安全壳的组装精度。