核反应堆压力容器工装设计

张世英　李斌　张建全　陈强　于乐

摘 要：核能作为一种清洁、无污染、几乎零排放的清洁能源，符合世界和我国的能源发展方向。而由于核电能源开发的技术含量高，建设周期长等特点，过去一直处于发展缓慢的阶段。但是随着我国综合国力和科学技术的发展我们逐步掌握了核电领域的关键核心技术。核反应堆压力容器就是其中关键零部件，它的设计制造直接关系到核电设备的运行。北方重工紧跟时代步伐先后承揽了东方电气和上海电气核反应堆压力容器工装的设计制造，为我国的核电事业做出贡献。

关键词：核反应堆；压力容器；工装设计

中图分类号：TH136 文献标识码：A

近些年来，环境污染日益严重，尤其是近几年全国冬季遭受了严重的雾霾，使得国家在能源战略上不得不采取新的措施。同时，在国家供给侧结构性改革和“一带一路”国家战略实施的过程中，经济和环境的可持续发展显得尤为重要。核能作为一种清洁、无污染、几乎零排放的清洁能源，符合世界和我国的能源发展方向。然而由于核电能源开发的技术含量高，建设周期长等特点，过去一直处于发展缓慢的阶段。但是随着我国综合国力和科学技术的发展我们逐步掌握了核电领域的关键核心技术。从此，核能在我国得到了迅猛的发展。

2015年北方重工有幸承揽了东方电气核反应堆压力容器工装的设计工作。在这样的契机下，北方重工进入了核电设备加工领域，为国家的核电发展尽到了一份来自企业的责任。

今年年初应上海电气邀请我们参与了上海电气核反应堆压力容器工装的投标和设计工作。在工作的接触过程中，我们不断完善设计方案，在原有设计方案基础上进行了大胆创新和改进，得到了业界和用户的一致认可，也为我们今后的工作积累了宝贵的经验。

1.设备简介

核反应堆压力容器是一个重达300t以上的大型铸造件。其底面为半球面，自身为圆柱体外形，上部深处不均匀分布的接管若干。以下为工件外形图，如图1所示。

对其加工过程主要是加工上法兰平面、内腔圆柱面和接管内孔。它的加工要求是必须使其在加工过程中上平面和工件轴线与机床相关基准位置误差在允许范围内。

2.设计思路

根据工件加工要求，我们主要从以下思路考虑工装结构形式：

（1）首先应该对工件有支撑作用。利用工件提供的支撑座，设计出水平调整装置，对工件的支撑座起到支撑作用，并且该装置可以上下调节，从而能够对工件加工平面对水平度进行调节，这样该装置主要承担着支撑和水平调节两方面作用。如图2所示为水平支撑装置简图。

装置内置液压千斤顶，可以调节整个装置的高度，从而对工件的水平状态进行调整。另外，顶部配有楔形垫铁可以在调整结束后，将整个调整状态锁死，防止加工过程中工件受到外力导致工件窜动。

（2）可以对工件轴线进行调节。参考水平支撑装置，可以设置径向调整装置，通过液压千斤顶对工件中心轴线进行调节。如图3所示为径向调整装置。

径向調整装置内置液压千斤顶，通过前端顶爪顶住工件圆柱外表面，通过调节千斤顶调节工件中心轴线，使其达到精度要求。调节完成后，通过锁紧螺杆将调整状态锁死固定。

（3）在竖直方向对工件有多重径向定位。考虑到工件在竖直方向空间尺寸比较大，所以为了进一步保证调整状态的稳定，在工件下端需另外增加径向夹紧装置，用于对工件中心轴线的定位夹紧，使其能够保证调整后状态的稳定。图4为径向夹紧装置。

在水平调整装置和径向调整装置调节完工件状态后，定位夹紧装置通过T型螺纹螺杆，调节顶爪，将工件顶紧锁死。

（4）整体设计方案

根据上述设计思路，各主要调整功能根据工作需要已经确定，根据各结构之间相互安装关系，通过设计整体框架结构将各个功能部分组合连结为一体。工装由基础框架、定位夹紧装置、平台、水平调整装置、径向调整装置等组成。

该工装将水平调整装置和径向调整装置安装在平台装置上，将径向夹紧装置安装在框架结构上，这样在整体上可以保证工装整体的稳定性和协调性。

3.工装设计的意义

核反应堆压力容器工装成功推向市场，是北方重工产品转型升级的重要体现。同时，也是近几年北方重工技术实力的体现，不仅丰富了我们的产品线，提高了北方重工对制造业市场的适应能力和我们自身在行业内的影响力，实现集团公司的可持续发展，符合集团公司“重大装备、高端成套”的发展理念。

参考文献

[1]朱耀祥，浦林祥.现代夹具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]GB150-2011，压力容器[S].

[3] GB50661-2011，钢结构焊接规范[S].endprint