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

技術(shù)指南第1部分：設(shè)計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)計與評估技術(shù)指南》分為如下2個部分：——第1部分：設(shè)計；——第2部分：評估。本部分由中國科學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)計與評估技術(shù)指南第1部分：設(shè)計1范圍DB34/T2734的本部分規(guī)定了托卡馬克聚變堆部件關(guān)于維護需求與遙操作系統(tǒng)兼容性的設(shè)計要求。本部分適用于托卡馬克聚變堆部件設(shè)計的所有階段。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緊固件標記方法3098(所有部分)緊固件機械性能4960.1核科學技術(shù)術(shù)語第1部分：核物理與核化學4960.9核科學技術(shù)術(shù)語第9部分：磁約束核聚變5780六角頭螺栓C級5781六角頭螺栓全螺紋C級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使用，請勿傳播或其他用途3術(shù)語和定義GB/T4960.1和GB/T4960.9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GB/T4960.9中的某些術(shù)語和定義。托卡馬克Tokamak環(huán)流器2DB34/T2734.1—2016意為環(huán)形真空磁室，托卡馬克一詞來自俄語的單詞縮寫。[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試的場所。使遙操作remotehandling(RH)通過機電設(shè)備控制在聚變堆中遠距離操作的活動，又稱遠程操作。34.1部件更換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),通過遙操作系統(tǒng)將其從真空室拆4.2部件維修4.3廢料處理5.1分級根據(jù)部件的失效概率(50年內(nèi))、維護要求和遙操作兼容性設(shè)計要求，將遙操作等級劃分為1～4級，其中最高為1級，最低為4級。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。5.2.2對于阻礙其他部件維護通道的部件，其遙操作等級應(yīng)與被阻礙部件一致。5.2.3部件的遙操作等級確認后六才可確等級(50年以內(nèi))1定期維護或更換1、需進行兼容性設(shè)計(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確保較高維護效率：3、設(shè)計完成后，應(yīng)用虛擬模型預(yù)演所有維護任務(wù)；細化操作步驟并模擬確認；21、需進行兼容性設(shè)計(特別要求：部件應(yīng)預(yù)留足夠的操作安全空間);困難部分；細化操作步驟；33×102≤P≤3×10-11、需進行兼容性設(shè)計(提供遙操作接口、預(yù)留操作空間);2、設(shè)計時應(yīng)強調(diào)可靠性；3、設(shè)計時應(yīng)采用高于常規(guī)部件的設(shè)計標準。4不需要維護或更換；以被消耗或經(jīng)過一段時間的停放后可以人工維護的部件也不需要維護無6部件兼容性設(shè)計要求6.1應(yīng)用范圍遙操作等級為1、2、3的部件都應(yīng)進行兼容性設(shè)計。6.2部件兼容性設(shè)計目標6.2部件兼容性設(shè)計目標b)應(yīng)在遙操作設(shè)備可實現(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)定的時間內(nèi)完成部件裝配的要求。6.3設(shè)計階段及要求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、遙操作設(shè)備概念設(shè)計、遙操作流程、聚變堆部件詳細設(shè)計、遙操作設(shè)備詳細設(shè)計、聚變堆部件制造、遙操作設(shè)備制造。不同設(shè)計階段部件兼容性的設(shè)計要求和輸出文件見表2。5表2各階段兼容性設(shè)計要求和管理文件聚變堆部件概念設(shè)計應(yīng)采用標準尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝及技術(shù)；部件定義表；應(yīng)采用標準尺寸、子部件、結(jié)構(gòu)、工藝及技術(shù)；遙操作流程說明聚變堆部件詳細設(shè)計應(yīng)采用標準尺寸、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)采用標準尺寸、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)計文件要求的質(zhì)量標準；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)計文件要求的質(zhì)量標準；6.3.2部件布局的設(shè)計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，以便其維護簡單高效。6.3.3模塊化的設(shè)計要求部件應(yīng)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。螺栓、螺母、墊圈、連接頭、線纜等宜設(shè)計在部件模塊內(nèi)，同時考慮標準件的可更換性。模塊化部件應(yīng)適合部件轉(zhuǎn)運車的內(nèi)部尺寸及載重能力。模塊化部件應(yīng)適合相關(guān)進出窗口的尺寸、形狀。6.3.4安全抓取的設(shè)計要求應(yīng)保證遙操作設(shè)備抓取機構(gòu)咬合和解鎖簡單、安全可靠。聚變堆部件與遙操作設(shè)備的抓取機構(gòu)連接件及抓取特征應(yīng)一一對應(yīng)。抓取機構(gòu)應(yīng)設(shè)置自鎖結(jié)構(gòu)，防止在抓取流程完成之前，部件與抓取機構(gòu)分離。6.3.5載荷傳遞的設(shè)計要求充使用，請勿傳播或其他用途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厚度。部件安裝時應(yīng)優(yōu)先采用垂直和長直路線傳遞載荷。6.3.6部件自定位的設(shè)計要求應(yīng)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)備接口均應(yīng)有定位不應(yīng)過約束，并能適當彌補安裝過程中的變形和制造偏差。部件自定位設(shè)計時，應(yīng)留有適當?shù)膰Ш显６缺苊庋b配中的卡澀和擠壓。定位特征上應(yīng)有視覺標識。6DB34/T2736.3.7部件位置識別的設(shè)計要求應(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)識別。為保證部件正確安裝，可通過2到3個獨立的識別特征獲得清晰的部件定位指示。部件應(yīng)有多個視覺標識，其設(shè)置應(yīng)參考以下原則：a)部件正確安裝時，應(yīng)有明確的判斷標識；b)標識不應(yīng)布置在高反射性的表面；c)兩個配合的部件標識應(yīng)有明顯的反差；d)應(yīng)能簡單地靠視覺識別區(qū)分部件和遙操作設(shè)備；e)所有的部件都應(yīng)清晰地標識，特別是連接頭、線纜；f)標識宜使用固定激光或其他光源以協(xié)助定位配合部件；g)需要測量尺寸的部件還應(yīng)集成合適的測量基準和參考點。6.3.8焊接的要求對遙操作等級為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。若需使用非標焊接接頭，應(yīng)遵循以下幾點來評估其適用性：●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);●切割深度與進度的檢測和感知；●切割工具安裝空間、焊接空間與真空撿漏空間的需求。●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；●焊接殘留的遠程處理；●焊接質(zhì)量檢測(無損檢測、真空檢漏)。設(shè)計合理績構(gòu)補償切割后的材料損朱。請勿傳播或設(shè)計合理績構(gòu)補償切割后的材料損朱。請勿傳播或其他用途6.3.9維護時間與風險的設(shè)計要求宜采用簡單的遙操作流程。宜采用整體更換部件模塊。應(yīng)避免維護通道受其他部件的阻礙。應(yīng)減少標準件的類型、規(guī)格。單個部件維修盡可能使用一套遙操作設(shè)備進行維護。6.3.10標準結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求7部件兼容性設(shè)計中常見的零件包括定位銷、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)計中應(yīng)在滿足兼容性要求的基礎(chǔ)上，盡量采用符合國家標準的結(jié)構(gòu)件。標準結(jié)構(gòu)的詳細設(shè)計要求參見附錄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)緊固件在進入真空室之前應(yīng)進行符合真空A.1.2定位銷A.1.2.1基本要求A.1.2.2機械件定位銷A.定位兩個裝配部件至少需A.設(shè)計定位銷的長度和直徑時應(yīng)考慮遙操作播或其他用途A.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，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.定位接頭的固定點應(yīng)與觸針靠近；觸針應(yīng)盡量分布在一個中央卡扣的周圍。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確性。A.1.3.2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。A.1.3.3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，可視性差時應(yīng)采用長導(dǎo)向銷。A.1.3.4一種通用的導(dǎo)向銷設(shè)計如圖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)先選擇符合國家標準的內(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。A.1.4.3螺栓上的螺紋應(yīng)滿足一下要求：a)在遠程裝配期間，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)在符合以上標準的基礎(chǔ)上，優(yōu)先采用滿足GB/T5780、GB/T5781、GB/T5782和GB/T5783等相關(guān)國家標準的螺栓。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度應(yīng)為3倍的螺距，特殊情況下長度可以減少，但至少應(yīng)為1.5倍的螺距。A.1.5.4末端宜設(shè)計為60度夾角的錐形。圖A.5標準螺釘圖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)能被遠程插入和取出，并且可以被維護設(shè)A.2.3連接頭之間應(yīng)有足夠的間隙，以便維護設(shè)備能遠程操作電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，該接頭采用了標準的遙操作定位銷結(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，通用的連接頭針頭容量分別為80針、180針、240針；每個連接針頭之間間隔8mm,末端采用玻璃絕緣屏蔽線纜包裹；針頭按，40個或者60個分