专利名称：核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备及现场加工方法
技术领域：
本发明涉及一种核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备及现场加工方法。
背景技术：
AP1000核电堆型是由美国TOC公司设计的世界上最先进的第三代核电。AP1000 在建造中大量采用模块化建造技术。整个电站共分4种模块类型，其中结构模块122个，管道模块1 个，机械设备模块55个，电气设备模块11个。模块化建造技术使可AP1000的建设工期缩短至60个月。但是有些现场加工是必不可少，如反应堆关键部件压力容器的支撑装置——CA04 模块顶法兰。该法兰直径达到6. 6米，位于9米多高的安全壳顶部，其平面加工平面度要求为误差不超过0. 127mm，如果在车间内预先进行铣削加工，吊装、焊接后会产生变形，平面度超差，必然达不到设计要求。因此CA04模块顶法兰平面最后的精铣削工序只能在吊装、焊接完毕后，在施工现场进行。三门核电项目是AP1000堆型的首堆项目，CA04模块顶法兰平面加工难度大，风险高，施工现场局促、环境狭小，且无任何现成的设备、资料可供利用和参照模板。在三门核电全球招标过程，韩国、美国、新加坡等多个公司先后知难而退。该项技术难关如不能攻破，整个核电建设工程将不得不停滞下来。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何填补现有技术的上述空白，提供一种核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备及现场加工方法。为解决上述技术问题，本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备包括动力头， 该动力头含有Z向运动机构、刀具主轴和铣削驱动电机，其特征在于其还包括长方架、拖板和至少三个高精度可调塞块，该长方架上设有两条X向导轨和X向丝杠，所述拖板设置在 X向导轨上，与X向丝杠配合的X向丝母固定在拖板上，形成X运动机构；所述拖板上设有Y 向滑台，该Y向滑台通过丝杠、丝母机构控制移动，形成Y运动机构，所述动力头固定在Y向滑台上，所述长方架压在高精度可调塞块上。传统的设计是将工件固定在机床上，通过不断移动、调整工件，完成铣削加工；本发明反其道而行，将机床固定在核反应堆顶法兰平行位置上，移动机床的动力头，来完成铣削加工。增设的高精度可调塞块，可以精确地将本发明核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备调整至相当高的水平状态，确保铣削加工达到设计要求。作为优化，所述拖板上固定有Y向导轨和Y向丝母，所述Y向滑台设置在Y向导轨上，其上设有一可转动的Y向丝杆，该Y向丝杆穿过Y向丝母。如此设计，Y向丝杆随同Y向滑台移动，体积更紧凑，结构更稳定。作为优化，所述X向丝杠一端设有调节手轮；其另一端设有行走驱动电机，该行走驱动电机通过减速机构驱动X向丝杠，所述Y向丝杠外端设有调节手轮。如此设计，操作方便。作为优化，所述高精度可调塞块包括基座、调节丝杠和滑块，其中基座设有螺纹孔，该螺纹孔与调节丝杠外螺纹配合，调节丝杠外端设有卡部，卡部与外螺纹之间设有颈部环槽，所述滑块上设有U形槽，颈部环槽卡入U形槽内，滑块压在基座上，且二者接触面为坡面。如此设计，结构简单，调整方便，通过微调，可以达到很高的平整度。作为优化，其还包括大方架，该大方架配有四个大方架临时托脚，其四角各切去一个直角三角形，切除后其对角线长度等于核反应堆相对内壁间的距离；所述长方架配有多个长方架临时托脚。如此设计，便于安装。作为优化，其还包括电控箱，该电控箱内设有PLC程控电路，可在手动\自动\点动状态之间转换，并对X方向行走速度进行调整。如此设计，控制操作方便。作为优化，所述动力头上还设有主轴调整装置，借以调整刀具主轴与工件表面的垂直度。如此设计，更加精确。本发明还涉及AP1000核电站核反应堆CA04模块顶法兰现场加工方法，包括下述步骤①、将本发明核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备运至现场；②、在AP1000核电站核反应堆CA04模块内壁的相应位置上焊接四个大方架临时托脚，位置与大方架四角相对应，在其上方相应位置上焊接长方架临时托脚；③、在大方架临时托脚和长方架临时托脚上加装高精度可调塞块，吊装本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，使其长方架压在所述高精度可调塞块上，并靠近 AP1000核电站核反应堆CA04模块顶法兰的一个待加工法兰平面；④、用高精度激光水平测试仪，在两条X向导轨上每隔一段距离(如200mm)检测一次，并根据检测结构，反复调节所述高精度可调塞块，直至本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备调至高度水平；⑤、将大方架和大方架临时托脚之间、长方架临时托脚与高精度可调塞块之间、高精度可调塞块与长方架之间，分别用紧固螺栓固定好；⑥、接通电源，加装刀具，调节主轴调整装置，使刀具主轴垂直于待加工法兰平面， 启动本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，即可开始铣削待加工板；⑦、加工完一个待加工法兰平面后，偏移至下一位置，重复前述第③ ⑥步操作， 直至将所有待加工法兰平面铣削至设计标准；⑧、最后，将核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备吊出核反应堆，并去除大方架临时托脚和长方架临时托脚。经实验证实，使用本发明方法，使用本发明核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备现场加工出来的铣削平面度误差不超过0. 10mm，完全可以满足设计要求。本发明具有结构合理、设计科学的优点，可在各种大型设备上进行现场铣削、钻孔等工作，特别适于用于加工包括AP1000核电站在内的各种核电站用核反应堆顶法兰。
下面结合附图对本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备及现场加工方法作进一步说明
图1是本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备的结构示意图(不含高精度可调塞块)；图2是高精度可调塞块的结构示意图；图3是图2所示高精度可调塞块中滑块脱离状态的结构示意图；图4是应用现场加工核反应堆顶法兰的工作状态示意图。图中1为动力头、2为刀具主轴、3为铣削驱动电机、4为长方架、5为拖板、6为高精度可调塞块、7为X向导轨、8为X向丝杠、9为Y向滑台、10为Y向丝杆、11为调节手轮、 12为行走驱动电机、13为基座、14为滑块、15为调节丝杠、16为卡部、17为颈部环槽、18为大方架、19为电控箱、20为大方架临时托脚、21为长方架临时托脚、22为核反应堆安全壳内层钢板、23为核反应堆顶法兰上的待加工法兰平面。
具体实施例方式实施方式一如图1-4所示，本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备包括动力头1，该动力头1含有ζ向运动机构、刀具主轴2和铣削驱动电机3，其特征在于其还包括长方架4、拖板5和至少三个高精度可调塞块6，该长方架4上设有两条X向导轨7和X 向丝杠8，所述拖板5设置在X向导轨7上，与X向丝杠8配合的X向丝母固定在拖板上，形成X运动机构。所述拖板5上设有Y向滑台9，该Y向滑台9通过丝杠、丝母机构控制移动， 形成Y运动机构，所述动力头1固定在Y向滑台上9，所述长方架4固定在高精度可调塞块 6上。所述拖板5上固定有Y向导轨和Y向丝母，所述Y向滑台9设置在Y向导轨上，其上设有一可转动的Y向丝杆10，该Y向丝杆10穿过Y向丝母。所述X向丝杠8 —端设有调节手轮11 ；其另一端设有行走驱动电机12，该行走驱动电机12通过减速机构驱动X向丝杠8，所述Y向丝杠10外端也设有调节手轮11。所述高精度可调塞块包括基座13、滑块14和调节丝杠15，其中基座13设有螺纹孔，该螺纹孔与调节丝杠15外螺纹配合，调节丝杠15外端设有卡部16，卡部16与外螺纹之间设有颈部环槽17，所述滑块14上设有U形槽，颈部环槽17卡入U形槽内，滑块14压在基座13上，且二者接触面为坡面。本发明还包括大方架18和电控箱19，其中大方架18配有四个大方架临时托脚 20，其四角各切去一个直角三角形，切除后其对角线长度等于核反应堆相对内壁间的距离； 所述长方架4配有八个长方架临时托脚21。电控箱18内设有PLC程控电路，可在手动\自动\点动状态之间转换。所述动力头1上还设有主轴调整装置，借以调整刀具主轴2与工件表面的垂直度， 略。应用前述核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，对核反应堆顶法兰进行现场加工时，按照下述步骤进行①、将本发明核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备运至现场；②、在AP1000核电站核反应堆CA04模块内壁的相应位置上焊接四个大方架临时托脚20，位置与大方架18四角相对应，在其上方相应位置上焊接长方架临时托脚21 ；③、在大方架临时托脚20和长方架临时托脚21上加装高精度可调塞块6，吊装本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，使其长方架4压在所述高精度可调塞块6上，并靠近AP1000核电站核反应堆CA04模块顶法兰的一个待加工法兰平面23 ；④、用高精度激光水平测试仪，在两条X向导轨7上每隔一段距离检测一次，并根据检测结构，反复调节所述高精度可调塞块，直至将本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备调至高度水平；⑤、将大方架18和大方架临时托脚20之间、长方架临时托脚21与高精度可调塞块6之间、高精度可调塞块6与长方架4之间，分别用紧固螺栓固定好；⑥、接通电源，加装刀具，调节主轴调整装置，使刀具主轴2垂直于待加工法兰平面23，启动本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，即可开始铣削待加工法兰平面 23 ；⑦、加工完一个待加工法兰平面后，偏移至下一位置，重复前述第③ ⑥步操作， 直至将所有待加工法兰平面铣削至设计标准；⑧、最后，将核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备吊出核反应堆，并去除大方架临时托脚20和长方架临时托脚21。如果需要，还可以在大方架18上加装高精度可调塞块6，为长方架4提供更多支撑。
权利要求
1.一种核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，包括动力头，该动力头含有Z向运动机构、刀具主轴和铣削驱动电机，其特征在于其还包括长方架、拖板和至少三个高精度可调塞块，该长方架上设有两条X向导轨和X向丝杠，所述拖板设置在X向导轨上，与X向丝杠配合的X向丝母固定在拖板上，形成X运动机构；所述拖板上设有Y向滑台，该Y向滑台通过丝杠、丝母机构控制移动，形成Y运动机构，所述动力头固定在Y向滑台上，所述长方架固定在高精度可调塞块上。
2.如权利要求1所述的核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，其特征在于所述拖板上固定有Y向导轨和Y向丝母，所述Y向滑台设置在Y向导轨上，其上设有一可转动的 Y向丝杆，该Y向丝杆穿过Y向丝母。
3.如权利要求2所述的核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，其特征在于所述X 向丝杠一端设有调节手轮；其另一端设有行走驱动电机，该行走驱动电机通过减速机构驱动X向丝杠，所述Y向丝杠外端设有调节手轮。
4.如权利要求1或2或3所述的核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，其特征在于所述高精度可调塞包括基座、调节丝杠和滑块，其中基座设有螺纹孔，该螺纹孔与调节丝杠外螺纹配合，调节丝杠外端设有卡部，卡部与外螺纹之间设有颈部环槽，所述滑块上设有U形槽，颈部环槽卡入U形槽内，滑块压在基座上，且二者接触面为坡面。
5.如权利要求4所述的核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，其特征在于其还包括大方架，该大方架配有四个大方架临时托脚，其四角各切去一个直角三角形，切除后其对角线长度等于核反应堆相对内壁间的距离；所述长方架配有多个长方架临时托脚。
6.如权利要求5所述的核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，其特征在于其还包括电控箱，该电控箱内设有PLC程控电路。
7.如权利要求6所述的核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，其特征在于所述动力头上还设有主轴调整装置，借以调整刀具主轴与工件表面的垂直度。
8.一种AP1000核电站核反应堆CA04模块顶法兰现场加工方法，包括下述步骤①、将权利要求6或7所述的核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备运至现场；②、在AP1000核电站核反应堆CA04模块内壁的相应位置上焊接四个大方架临时托脚， 位置与大方架四角相对应，在其上方相应位置上焊接长方架临时托脚；③、在大方架临时托脚和长方架临时托脚上加装高精度可调塞块，吊装本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，使其长方架压在所述高精度可调塞块上，并靠近AP1000核电站核反应堆CA04模块顶法兰的一个待加工法兰平面；④、用高精度激光水平测试仪，在两条X向导轨上每隔一段距离检测一次，并根据检测结构，反复调节所述高精度可调塞块，直至将本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备调至高度水平；⑤、将大方架和大方架临时托脚之间、长方架临时托脚与高精度可调塞块之间、高精度可调塞块与长方架之间，分别用紧固螺栓固定好；⑥、接通电源，加装刀具，调节主轴调整装置，使刀具主轴垂直于待加工法兰平面，启动本核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备，即可开始铣削待加工法兰平面；⑦、加工完一个待加工法兰平面后，移动至下一位置，重复前述第③ ⑥步操作，直至将所有待加工法兰平面铣削至设计标准；⑧、最后，将核反应堆顶法兰平面高精度现场加工装备吊出核反应堆，并去除大方架临时托脚和长方架临时托脚。
全文摘要
本发明涉及一种核岛顶法兰平面高精度现场加工装备及其现场加工方法。目前尚无相关设备和方法。为此，本发明铣床包括动力头，该动力头含有Z向运动机构、刀具主轴和铣削驱动电机，还包括长方架、拖板和至少三个高精度可调塞块，该长方架上设有两条X向导轨和X向丝杠，所述拖板设置在X向导轨上，与X向丝杠配套的丝母固定在拖板上，形成X运动机构；所述拖板上设有Y向滑台，该Y向滑台通过丝杠、丝母机构控制移动，形成Y运动机构，所述动力头固定在Y向滑台上，所述长方架固定在高精度可调塞块上。本发明还涉及相应的现场加工方法。本发明具有结构合理、设计科学的优点，适合加工AP1000核电站CA04模块顶法兰。
文档编号B23C3/00GK102172781SQ20111004260
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者徐付奎, 李云扬, 蒋国为, 钟贤君, 陈家乐, 陈昭明 申请人:中国核工业第五建设有限公司, 浙江巨龙自动化设备有限公司