DB34T∕ 2734.1-2016 托卡马克聚变堆部件兼容性设计与评估技术指南 第1部分：设计　　

技术指南第1部分：设计HYPERLINK安徽省质量技术监督局发布I本部分按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。DB34/T2734《托卡马克聚变堆部件兼容性设计与评估技术指南》分为如下2个部分：——第1部分：设计；——第2部分：评估。本部分由中国科学院等离子体物理研究所提HYPERLINK1托卡马克聚变堆部件兼容性设计与评估技术指南第1部分：设计1范围DB34/T2734的本部分规定了托卡马克聚变堆部件关于维护需求与遥操作系统兼容性的设计要求。本部分适用于托卡马克聚变堆部件设计的所有阶段。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。65开槽圆柱头螺钉67开槽盘头螺钉70.1内六角圆柱头螺钉91开口销117圆锥销1237紧固件标记方法3098(所有部分)紧固件机械性能4960.1核科学技术术语第1部分：核物理与核化学4960.9核科学技术术语第9部分：磁约束核聚变5780六角头螺栓C级5781六角头螺栓全螺纹C级5782六角头螺栓5783六角头螺栓全螺纹xn61701型六角螺母61752型六角螺母xn16823.2螺纹紧固件紧固通测使用，请勿传播或其他用途3术语和定义GB/T4960.1和GB/T4960.9界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出GB/T4960.9中的某些术语和定义。托卡马克Tokamak环流器2DB34/T2734.1—2016意为环形真空磁室，托卡马克一词来自俄语的单词缩写。[GB/T4690.9-2013,定义2.1.284]聚变堆fusionreactor利用可控聚变反应产生聚变能的装置。[GB/T4690.9-2013,定义2.4.44]真空室vacuumvessel;W在聚变装置中为获得等离子体而提供的高真空容器。[GB/T4690.9-2013,定义2.4.72]真空室内部件in-vesselcomponent直接安装于托卡马克真空室内的部件，如包层、偏滤器、部分加热系统、内部抽气系统、诊断传感器等。[GB/T4690.9-2013,定义2.2.63]在聚变堆堆芯周围将聚变能转变成热能和产生氚的结构。[GB/T4690.9-2013,定义2.4.10]偏滤器divertor统特意加入的杂质等而设置的装置。[GB/T4690.9-2013,定义2.2.25]热室hotcell用于聚变堆部件维修与测试的场所。使遥操作remotehandling(RH)通过机电设备控制在聚变堆中远距离操作的活动，又称远程操作。34.1部件更换需要维护更换的托卡马克聚变堆内部部件(如包层、偏滤器等),通过遥操作系统将其从真空室拆4.2部件维修4.3废料处理5.1分级根据部件的失效概率(50年内)、维护要求和遥操作兼容性设计要求，将遥操作等级划分为1～4级，其中最高为1级，最低为4级。5.2.1聚变堆部件应按照其遥操作需求划分相应的遥操作等级。5.2.2对于阻碍其他部件维护通道的部件，其遥操作等级应与被阻碍部件一致。5.2.3部件的遥操作等级确认后六才可确等级(50年以内)1定期维护或更换1、需进行兼容性设计(特别要求：部件应预留足够的操作安全空间)4表1(续)(50年以内)1确保较高维护效率：3、设计完成后，应用虚拟模型预演所有维护任务；细化操作步骤并模拟确认；21、需进行兼容性设计(特别要求：部件应预留足够的操作安全空间);困难部分；细化操作步骤；33×10²≤P≤3×10-¹1、需进行兼容性设计(提供遥操作接口、预留操作空间);2、设计时应强调可靠性；3、设计时应采用高于常规部件的设计标准。4不需要维护或更换；以被消耗或经过一段时间的停放后可以人工维护的部件也不需要维护无6部件兼容性设计要求6.1应用范围遥操作等级为1、2、3的部件都应进行兼容性设计。6.2部件兼容性设计目标6.2部件兼容性设计目标b)应在遥操作设备可实现的装配精度和载荷范围内完成部件装配；c)应在预留的操作空间内使用尽量少的工具完成部件装配；d)应能满足在规定的时间内完成部件装配的要求。6.3设计阶段及要求6.3.1部件兼容性涉及的主要阶段包括：聚变堆部件概念设计、遥操作设备概念设计、遥操作流程、聚变堆部件详细设计、遥操作设备详细设计、聚变堆部件制造、遥操作设备制造。不同设计阶段部件兼容性的设计要求和输出文件见表2。5表2各阶段兼容性设计要求和管理文件聚变堆部件概念设计应采用标准尺寸、子部件、结构、工艺及技术；部件定义表；应采用标准尺寸、子部件、结构、工艺及技术；遥操作流程说明聚变堆部件详细设计应采用标准尺寸、子部件、结构、工艺及技术；聚变堆系统需求文件应采用标准尺寸、子部件、结构、工艺及技术；聚变堆部件制造应遵循设计文件要求的质量标准；聚变堆部件与遥操作设备接口质量化；接口质量控制；应遵循设计文件要求的质量标准；6.3.2部件布局的设计要求部件在真空室内部的布局应考虑真空室内部形状、窗口位置及遥操作设备，以便其维护简单高效。6.3.3模块化的设计要求部件应根据遥操作等级和遥操作设备的能力，设计成具有高效维护性的模块。螺栓、螺母、垫圈、连接头、线缆等宜设计在部件模块内，同时考虑标准件的可更换性。模块化部件应适合部件转运车的内部尺寸及载重能力。模块化部件应适合相关进出窗口的尺寸、形状。6.3.4安全抓取的设计要求应保证遥操作设备抓取机构咬合和解锁简单、安全可靠。聚变堆部件与遥操作设备的抓取机构连接件及抓取特征应一一对应。抓取机构应设置自锁结构，防止在抓取流程完成之前，部件与抓取机构分离。6.3.5载荷传递的设计要求充使用，请勿传播或其他用途部件支撑或吊点在满足部件的定位和连接强度要求的前提下尽量控制局部厚度。部件安装时应优先采用垂直和长直路线传递载荷。6.3.6部件自定位的设计要求应考虑部件安装和拆卸过程中的自啮合和自定位，部件与安装位置、遥操作设备接口均应有定位不应过约束，并能适当弥补安装过程中的变形和制造偏差。部件自定位设计时，应留有适当的啮合裕度避免装配中的卡涩和挤压。定位特征上应有视觉标识。6DB34/T2736.3.7部件位置识别的设计要求应保证所有的部件和相关的安装位置都能被遥操作设备上的拍摄系统识别。为保证部件正确安装，可通过2到3个独立的识别特征获得清晰的部件定位指示。部件应有多个视觉标识，其设置应参考以下原则：a)部件正确安装时，应有明确的判断标识；b)标识不应布置在高反射性的表面；c)两个配合的部件标识应有明显的反差；d)应能简单地靠视觉识别区分部件和遥操作设备；e)所有的部件都应清晰地标识，特别是连接头、线缆；f)标识宜使用固定激光或其他光源以协助定位配合部件；g)需要测量尺寸的部件还应集成合适的测量基准和参考点。6.3.8焊接的要求对遥操作等级为1、2、3的部件，如只能采用焊接方式装配，应选择具备兼容性的焊接工艺。若需使用非标焊接接头，应遵循以下几点来评估其适用性：●切割工具的定位精确度；●高效高质量二次焊接的可能性；●切割期间焊接件的位置约束(适应焊接应变能);●切割深度与进度的检测和感知；●切割工具安装空间、焊接空间与真空捡漏空间的需求。●定位及焊接期间的支撑力；●焊接工具的定位精度；●焊接期间焊缝背部的气体清洁；●焊接残留的远程处理；●焊接质量检测(无损检测、真空检漏)。设计合理绩构补偿切割后的材料损朱。请勿传播或设计合理绩构补偿切割后的材料损朱。请勿传播或其他用途6.3.9维护时间与风险的设计要求宜采用简单的遥操作流程。宜采用整体更换部件模块。应避免维护通道受其他部件的阻碍。应减少标准件的类型、规格。单个部件维修尽可能使用一套遥操作设备进行维护。6.3.10标准结构的设计要求7部件兼容性设计中常见的零件包括定位销、导向销、螺栓、螺母和螺钉等在内的紧固件、电气连接头和流体连接头。设计中应在满足兼容性要求的基础上，尽量采用符合国家标准的结构件。标准结构的详细设计要求参见附录A。8DB34/T2734(资料性附录)A.1.1紧固件通用要求在满足GB/T1237、GB/T3098和GB/T16823.b)紧固件在进入真空室之前应进行符合真空A.1.2定位销A.1.2.1基本要求A.1.2.2机械件定位销A.定位两个装配部件至少需A.设计定位销的长度和直径时应考虑遥操作播或其他用途A.宜采用成对的平行定位销来完全约束两个配合面，其中一个销插在安装孔内，可以减少两个平移自由度，另一个销插在一个短槽内，减少安装孔的一个转动自由度，9DB34/T2734.1—2016A.应在球头销和圆柱销安装完成后，再安装电气触针。A.定位接头的固定点应与触针靠近；触针应尽量分布在一个中央卡扣的周围。A.一种通用的电气件定位销如图A.2所示。A.1.3导向销A.1.3.1应采用导向销以降低定位销初始定位的不准确性。A.1.3.2根据设计需求不同，导向销宜安装在部件或者配合部件上。A.1.3.3导向销的长度决定于接口的性质和装配期间的可视性，可视性差时应采用长导向销。A.1.3.4一种通用的导向销设计如图A.3所示。槽槽装配孔暗A.1.4.1真空室内M10以上的螺栓都应有2mm以上的定位孔使A.1.4.2螺栓应优先选择符合国家标准的内六角沉头螺栓，内六角槽应采用铣或者锻造加工；当不能使用内六角螺栓时，宜采用标准尺寸的外六角螺栓或十二角螺栓。A.1.4.3螺栓上的螺纹应满足一下要求：a)在远程装配期间，应采用大公差的外螺纹以协助定位；b)螺纹应有良好的表面粗糙度，没有裂缝和碎屑；c)在满足表面粗糙度良好的情况下，螺纹应由轧制或者切屑加工得到；d)螺纹尾部应收至螺纹开头的地方，如图A.4所示。A.1.4.4应在符合以上标准的基础上，优先采用满足GB/T5780、GB/T5781、GB/T5782和GB/T5783等相关国家标准的螺栓。螺纹尾部收至螺纹开头的地方A.1.5.1应采用符合GB/T65、GB/T67和GB/T70.1等A.1.5.2螺钉的直径应与螺纹内径相同。A.1.5.3螺钉的长度应为3倍的螺距，特殊情况下长度可以减少，但至少应为1.5倍的螺距。A.1.5.4末端宜设计为60度夹角的锥形。图A.5标准螺钉图A.2.1电气连接头的安装位置应避免A.2.2电气连接头应能被远程插入和取出，并且可以被维护设A.2.3连接头之间应有足够的间隙，以便维护设备能远程操作电A.2.4所有设备与跨接线和跨接管之间的连接头应尽量垂直安装，且宜向下安装，与垂直轴的夹角应在30度以内。A.2.5图A.6为推荐的遥操作电气接头，该接头采用了标准的遥操作定位销结构；接头上有用于固定9MAXOA.2.6应用螺栓工具操作电气连接头以断开包括电气连接头在内的接口。A.2.7连接头宜采用模块化设计，通用的连接头针头容量分别为80针、180针、240针；每个连接针头之间间隔8mm,末端采用玻璃绝缘屏蔽线缆包裹；针头按，40个或者60个分