DB34∕T 3186.5-2018 聚变堆遥操作维护系统设计准则第5部分：包层遥操作维护系统(安徽省).pdf

ICS 27.120.10 F 61 DB34 安徽省地方标准 DB 34/T 3186.52018 聚变堆遥操作维护系统设计准则 第 5 部分：包层遥操作维护系统 Design criteria for remote handling maintenance system in fusion reactor Part5：Blanket remote handling maintenance system 文稿版次选择 2018 - 08 - 08 发布 2018 - 09 - 08 实施安徽省质量技术监督局 发 布 DB34/T 3186.52018 I 前 言 DB34/T 3186 聚变堆遥操作维护系统设计准则分为如下 7 个部分： 第 1 部分：整体维护要求及分析； 第 2 部分：遥操作协同控制系统； 第 3 部分：转运车系统； 第 4 部分：偏滤器遥操作维护系统； 第 5 部分：包层遥操作维护系统； 第 6 部分：第一壁部件远程监控及测量系统； 第 7 部分：多功能机械臂系统。 本部分为第 5 部分。 本部分按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本部分由中国科学院等离子体物理研究所提出。 本部分由安徽省核聚变工程技术及应用标准化技术委员会并归口。 本部分起草单位：中国科学院等离子体物理研究所、安徽省质量和标准化研究院，合肥中科艾帝尔机器人技术有限公司、特种焊接技术安徽省重点实验室。 本部分主要起草人：史善爽、宋云涛、陆坤、程勇、万玉洁、张宇、杨松竹、赵文龙、潘洪涛、李阳、李碧、张俊、姚海峰。 DB34/T 3186.52018 1 聚变堆遥操作维护系统设计准则 第 5 部分：包层遥操作维护系统 1 范围 DB34/T 3186 的本部分规定了聚变堆包层遥操作维护系统的术语和定义、系统功能及基本组成、系统设计、工程设计、RAMI 要求和安全要求。 本部分适用于聚变堆包层遥操作维护系统设计的所有阶段，是该系统设计的重要依据。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 DB34/T 3186.1 聚变堆遥操作维护系统设计准则 第 1 部分：整体维护要求及分析 3 术语和定义 DB34/T 3186.1 界定的术语和定义适用于本文件。 4 系统功能及基本组成 4.1 系统功能 聚变堆包层遥操作维护系统应在装置首次装配及未来维护期间， 负责包层模块向真空室内部输送以及从真空室中移除过程中的安装、维护、更换和转运。应实现以下功能： a) 包层模块的拆卸、转运和安装； b) 包层模块瓦片的更换； c) 包层冷却管道的切割和焊接； d) 包层系统紧固螺丝的预紧和拆卸； e) 冷却管道焊接接头等关键区域的视觉检测； f) 管道的检漏； g) 遥操作系统的故障救援与恢复。 4.2 基本组成 4.2.1 主机械臂系统 用于包层模块的维护操作和真空室内部转运， 包括大跨度重载主机械臂系统以及真空室内部转运系统，后者用于支撑包层遥操作维护机械臂，并实现其在真空室内部的环向输送，包括支撑底座、环向轨道以及与轨道配合的驱动机构等子系统。 4.2.2 辅助机械臂 DB34/T 3186.52018 2 辅助主机械臂系统完成包层模块与真空室及包层支撑部件之间的分离和集成， 采用多关节模块化机构设计，前端可集成有不同功能的前端执行器。 4.2.3 维护工具 维护工具与辅助机械臂系统的前端执行器集成， 用于执行具体的遥操作维护任务。 不同的维护工具可实现不同的维护功能，包括但不限于： a) 真空室内包层的定位和移动； b) 冷却管道切割； c) 冷却管道焊接； d) 冷却管道检漏； e) 视觉检测； f) 螺栓拆卸； g) 线缆收放； h) 故障救援。 4.2.4 转运系统 有两种不同类型的转运系统， 分别用于包层遥操作系统的输送以及包层模块的转运， 需要与真空室维护窗口以及热室维护区域窗口对接。其中，用于包层模块运输的转运车，如果不需要考虑辐射屏蔽，可以简化为轨道式或吊运式输送机构。 4.2.5 控制系统 用于包层遥操作系统的运动控制，包括两个部分：位于控制室的遥操作控制系统以及集成在遥操作系统内部的底层控制系统。 5 系统设计 5.1 总体要求 5.1.1 聚变堆包层遥操作主体结构设计寿命应与聚变堆服役周期一致。 5.1.2 聚变堆包层遥操作系统应能在发生故障的情况下得到救援和恢复。 5.2 各子系统要求 聚变堆包层遥操作各子系统在设计过程中应针对维护通道、负载、自由度、可达空间、控制精度等提出明确的设计要求， 中国聚变工程试验堆的包层遥操作维护各子系统主要技术指标和性能要求见附录 A 。 6 工程设计 6.1 工作环境分析 6.1.1 应根据聚变堆物理运行参数，维护时停堆间隙等，评估遥操作维护期间的工作环境，如中子核热、辐照强度、残余磁场、降温周期等。 6.1.2 应建立核热、辐照分析数学模型、评估程序和工具，当物理参数改变时，可快速重新评估。 DB34/T 3186.52018 3 6.2 维护周期分析 6.2.1 应根据总体维护策略，为不同部件制定维护流程。 6.2.2 应对维护流程进行仿真模拟，评估每个流程的时间，以及多流程协同的可能性。 6.2.3 最终推导单个部件、单个扇区乃至所有部件维护周期。 6.3 维护流程设计 完整的聚变堆包层遥操作维护流程和具体操作见表 1。 表1 聚变堆包层遥操作维护流程 序号 流程 具体操作 1 打开窗口 移除窗口联接线缆， 打开维护窗口。 2 转运车与遥操作维护窗口对接 转运车移动至对接窗口区域， 通过相应定位传感器进行对接， 遥操作系统线缆联接。 3 遥操作维护系统在真空室内部的安装 遥操作系统由转运车运输至真空室内部， 遥操作系统在真空内部安装，包括轨道铺设、线缆输送、机械臂组装等。4 维护工具准备 准备维护任务所需的所有工具，包括但不限于管道切割、焊接、螺栓拆卸、内窥等。 5 包层模块拆卸 支撑固定螺栓更换为临时固定螺栓，弹性支撑螺栓拆卸， 冷却管道切割，包层模块移除。 6 包层模块转运 包层模块转运至特定维护窗口， 包层模块转运至热室。 7 包层模块维修 第一壁更换，电缆更换， 分支管道更换。 8 包层模块转运 包层模块由热室转运至维护窗口， 包层模块由维护窗口转运至真空室内部。 9 包层模块安装 将包层模块定位到真空室内壁相应位置， 管道焊接， 管道内窥及检漏， 支撑螺栓安装固定。 10 维护工具移除 将维护工具由维护窗口移除。 11 遥操作系统移除 遥操作系统转运至维护窗口区域， 遥操作系统由维护窗口移除， 内部轨道移除。 12 转运车移除 将线缆联接断开， 将遥操作设备、线缆转移至转运车内， 转运车与窗口对接断开， 移除转运车。 13 维护窗口关闭 窗口相关线路联接， 窗口密封门关闭。 DB34/T 3186.52018 4 6.4 系统设计边界条件及兼容性接口 包层遥操作系统设计应考虑的边界条件和兼容性接口包括： a) 包层系统； b) 磁体布局及支撑； c) 真空室及边界局域模（ELM）线圈； d) 真空室窗口； e) 转运车系统； f) 热室及其遥操作系统； g) 核废料存储和处理系统； h) 去活化水系统。 6.5 遥操作系统方案设计及三维建模 6.5.1 应根据总体维护策略，设计各包层遥操作维护子系统：主机械臂、辅助机械臂、前端执行器维护工具、转运车或吊运系统、遥操作控制系统等。 6.5.2 应随着主机设计的推进以及设计输入参数的确定，逐步优化和完善遥操作系统方案、完成相关三维建模、仿真模拟、分析优化等工作。 6.6 包层遥操作维护系统性能评估 系统评估应考虑包括但不限于表 2 所列内容。 表2 包层遥操作系统各阶段评估内容 评估类型 内容 运动学性能 可达空间 路径规划 碰撞检测 动力学性能 负载能力 速度、加速度特性 关节力矩 动态变形 应力分布 振动特性 兼容性 与其他系统接口 维护空间 维护流程 控制系统 控制精度 通讯响应时间 鲁棒性 故障率 救援流程 救援策略 救援路径 仿真模拟 DB34/T 3186.52018 5 表 2（续） 评估类型 内容 维护周期 单项遥操作时间 单个包层模块维护时间 完整包层系统维护时间 7 RAMI 分析要求 应按 DB34/T 3186.1 的规定执行。 8 安全要求 应按 DB34/T 3186.1 的规定执行。DB34/T 3186.52018 1 A 附 录 A （资料性附录） 聚变堆包层遥操作维护各子系统性能要求及主要技术指标 表A.1 聚变堆包层遥操作维护各子系统性能要求及主要技术指标 包层遥操作维护子系统 维护通道 性能要求和主要技术指标 负载能力 自由度 精度要求 可达空间 主机械臂系统 上窗口、 中窗口 60 t 小于 6 20 mm 覆盖整个真空室包层维护区域（多个叠加） 辅助机械手 中窗口 500 kg 6 5 mm 覆盖真空室单个扇区 维护工具 中窗口 5500 kg 不等 13 0.21.0 mm 根据不同的功能需求，满足相应设计要求 转运车系统 上窗口、 中窗口 100 t 6 1 mm （定位精度） 覆盖热室与装置对接窗口之间所有规划内运动区域 _