基于測量機器人的壓水堆核電廠裝卸料機固定套筒垂直度測量方法

鄭鶴 鄧代樹 李明勇

【摘 要】介紹了傳統測量裝卸料機固定套筒垂直度的方法，對傳統測量方法應用于裝卸料機垂直套筒測量上的弊端進行了分析，提出了改進方案。通過對比傳統方法、改進方法的優劣以及現場實際應用的情況驗證，得出了新的改進方案有效率高、風險低、精度高的優點。

【關鍵詞】裝卸料機;固定套筒;垂直度測量;全站儀

裝卸料機（圖1）是壓水堆核電廠燃料裝卸和貯存系統的重要設備。通過裝卸料機的伸縮套筒及其下部夾爪抓取或釋放燃料組件，完成換料操作。裝卸料機的伸縮套筒在固定套筒的約束下進行長達9m的升降運動。為了保證夾爪在反應堆堆芯的準確定位，以便于安全的抓取松開組件，對于裝卸料機的固定套筒垂直度、伸縮套筒垂直度有很高的要求。在壓水堆核電站每次大修都要進行伸縮套筒垂直度測量，針對該項工作已經有較為成熟的方案。但是針對裝卸料機固定套筒的檢查方法目前仍然是空白，而在固定套筒產生碰撞后對于套筒的數據測量又顯得尤為重要。針對該問題，需要研發一套區別于傳統的鉛垂線測量方式。該方式不需要下構件池而直接在岸上完成，減少測量工作的風險，提高測量效率。

固定套筒垂直度傳統測量方式簡介

傳統測量方法

垂直度是位置公差，用于評價直線之間、平面之間或直線與平面之間的垂直狀態。固定套筒垂直度就是固定套筒偏離理論鉛垂線的距離。

傳統的測量方法（圖2）是采用鉛垂線的測量方法，即從固定套筒頂端吊一根鉛垂線，通過測量固定套筒基準面與鉛垂線的距離從而測量固定套筒垂直度。

傳統測量方法的弊端

傳統方法是目前工程測量上常用的測量方法，但是在壓水堆核電站該方法的實現就非常困難。

傳統測量方法（圖3）的具體步驟：

1）在構件水池搭設腳手架;

2）在裝卸料機固定套筒的頂端安裝標準尺寸的鉛垂線掛點;

3）人員逐層測量鉛垂線與固定套筒基準面的距離。

壓水堆核電站運行后反應堆構件水池底部為高污染、高放射性區域，工作人員體表沾污風險風險極高，因為人員上上下攀爬腳手架，單次測量的工作時間大約為2h，人員受照射劑量達1000μSv/人，具體風險與弊端如下：

1）人員在腳手架上逐層測量屬于高空作業，人員墜落風險很高;

2）測量儀器直接與沾污設備接觸，測量用的儀器沾污報廢;

3）為了避免人員沾污，人員需要穿戴氣衣或者氣面罩工作，測量人員操作困難，測量誤差大;

4）需要兩人配合工作，增加工作人員的額外受照射劑量;

5）測量過程中，測量人員與放線人員需要溝通，同時需要與構件池上方配合人員溝通，溝通靠手勢與喊話，溝通困難;

6）測量人員無法直觀判斷測量數據是否超差，容易造成多次重復測量的情況;

7）如果是安裝性質或者是修復性調整，則無法避免的需要多次下構件池測量;

8）人員穿氣衣或氣面罩攀爬腳手架，同樣存在效率低、風險高、工作時間長、勞動強度大的問題。

基于測量機器人的測量方法

測量理論分析

在傳統的測量方法中通過測量鉛垂線與基準點的距離來測量裝卸料機固定套筒垂直度。改進測量方法的思路是人員無需在腳手架上反復測量，在岸上測量（圖4）即可。測量用的儀器自帶水平距離的測量裝置，通過將測量用的標靶貼在裝卸料機固定套筒基準面上，通過測量儀器帶的距離測量與角度測量，分別可以得出X值（前后）與Y值（左右），在數值中選取基準點，通過對比X值與Y值相對基準點的偏差，即可得出裝卸料機固定套筒垂直度的變化。同時標靶完成一次設置，則可以實現反復測量，避免人員反復下構件水池帶來的安全風險與人員受照劑量的增加。

具體要求包括：

1）在構件水池岸上完成測量，測量誤差小于1mm;

2）測量一次完成以下數據的測量：X值（前后）、Y值（左右）、Z值（高度）;

3）架設一次儀器，可以完成裝卸料機固定套筒上全部基準點的測量。

測量設備選型

為實現本文2.1中的測量要求，決定采用基于測量機器人（三維激光全站儀裝置）的測量方案。通過裝卸料機固定套筒測量基準面最低點的標高（14.5m）與最高點的標高（21m）進行計算，當架設儀器高度為1m時（標高21m），最低點俯角最大為45°，高點俯角為0°。

根據測量需求，綜合考慮測量穩定、測角精度、測距精度、標靶安裝簡易程度、俯仰角測量范圍以及價格等因素，最終采用萊卡公司的TCR1201+測量機器人（圖5）。

TCR1201+測量機器人的測量數據可以單獨顯示也可以以報表的形式輸出，同時如果標靶采用萊卡棱鏡的形式，測距與測角精度可以進一步提升，在本文的測量工況下只可采用萊卡反射片的標靶。

現場測量

采用TCR1201+測量機器人的裝卸料機固定套筒垂直度測量不再需要人員在構件水池腳手架上反復上下測量，只需要人員將萊卡反射片（標靶）黏貼到固定套筒的安裝基準面上并使其面向測量機器人即可。同時該可測量方法可以同時測量出0°-180°（左右）與90°-270°兩個方向的垂直度，減少了測量次數。另外，在裝卸料機垂直度測量結果不滿足要求需要調整時（主要為安裝階段）可以調整后直接再次測量，大大減少工作量。

現場實施效果

本方法在防城港2號機首次實施測量，測量后數據與工程安裝期間（采用傳統測量方法）測量數據進行對比，偏差均小于1mm，且偏差的趨勢相吻合。結果表明新的測量方法測量出來的數據結果可靠，滿足現場測量的精度需求。

【參考文獻】

[1]裝卸料機操作和運行維修手冊 BLX42EOM267W23A45SS B版