一種核電廠重型設(shè)備高精度安裝施工工藝優(yōu)化

仲維光，路宏杰,3，張萌，赫海濤,3

(1.中國(guó)核工業(yè)二三建設(shè)有限公司，北京，101300；2.普達(dá)迪泰(天津)智能裝備科技有限公司，天津，300393；3.深圳中核普達(dá)測(cè)量科技有限公司，廣東深圳，518000)

0 引言

核電廠安裝工程中涉及大量重型設(shè)備的高精度定位，為了抵消設(shè)備制造和安裝基礎(chǔ)施工中產(chǎn)生誤差的影響，可以通過在安裝基礎(chǔ)和設(shè)備支撐之間增加合適尺寸墊板的方式來調(diào)節(jié)設(shè)備的安裝位置。一般情況下，需要設(shè)備運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后，通過吊裝手段將其臨時(shí)就位至安裝位置，并按照設(shè)備的安裝技術(shù)要求完整的進(jìn)行一次預(yù)安裝調(diào)整，在確認(rèn)各項(xiàng)參數(shù)合格后，使用量具分多次人工量取多組設(shè)備支撐與安裝基礎(chǔ)的間距尺寸，作為安裝墊板的加工尺寸。這種方法需要大量的人工參與，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，且安裝墊板的準(zhǔn)確加工尺寸必須在設(shè)備到貨后才能確定，重型設(shè)備高精度安裝墊板的加工工期較長(zhǎng)，加工期間只能停工等待；在加工完成后，還需要移開設(shè)備放置安裝墊板，再回裝就位進(jìn)行正式的設(shè)備安裝調(diào)整施工，又一次消耗了極大的工期和資源。為了降低消耗，優(yōu)化施工工期，下面介紹一套施工工藝，先使用三維測(cè)量技術(shù)分別獲取設(shè)備本體關(guān)鍵尺寸和安裝基礎(chǔ)位置數(shù)據(jù)，再利用建模技術(shù)進(jìn)行模擬安裝定位，通過數(shù)據(jù)計(jì)算分析，就能夠提前得出精確的安裝墊板尺寸。

1 設(shè)備本體與安裝基礎(chǔ)測(cè)量

1.1 測(cè)量?jī)x器

要完成關(guān)鍵尺寸三維測(cè)量工作，可以選用以激光跟蹤儀為核心的精密測(cè)量系統(tǒng)，這是一種將自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和激光技術(shù)整合到一起的空間坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，通過在大空間中對(duì)球棱鏡的實(shí)時(shí)跟蹤，結(jié)合高精度的角度和距離測(cè)量功能，可以快速獲取被測(cè)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)，距離測(cè)量精度能夠達(dá)到微米級(jí)，儀器配套軟件Spatial Analyzer也具有非常優(yōu)異的數(shù)據(jù)分析處理功能[1][2]。

1.2 設(shè)備本體關(guān)鍵尺寸測(cè)量

一般設(shè)備安裝的設(shè)計(jì)要求，都是要保證其安裝后某一項(xiàng)或者多項(xiàng)關(guān)鍵部件、部位的位置參數(shù)，如圖1中大罐類設(shè)備，在安裝后需要保證設(shè)備頂部平面的標(biāo)高、水平度滿足要求，同時(shí)要求設(shè)備軸線對(duì)準(zhǔn)到設(shè)計(jì)安裝位置。由于設(shè)備在制造時(shí)會(huì)產(chǎn)生不可避免的誤差，各個(gè)支撐底面相對(duì)于設(shè)備頂部平面會(huì)存在不確定方向的偏轉(zhuǎn)，距離也各不相同，這種誤差需要使用安裝墊板來抵消，而要準(zhǔn)確的計(jì)算出安裝墊板厚度尺寸，各個(gè)設(shè)備支撐底面到頂部平面的距離是關(guān)鍵尺寸數(shù)據(jù)。

下文以圖1中設(shè)備為例，進(jìn)行介紹。設(shè)備本體關(guān)鍵尺寸的測(cè)量，可按以下步驟進(jìn)行：

(1)設(shè)備頂部平面測(cè)量：環(huán)繞頂部平面，均勻的布置8個(gè)測(cè)量點(diǎn)，使用球棱鏡采集測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，按照選用的球棱鏡和配套工裝尺寸，對(duì)采集到的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行偏移，偏移時(shí)應(yīng)注意偏移方向，保證偏移后的坐標(biāo)數(shù)據(jù)在設(shè)備頂部平面內(nèi)。

(2)設(shè)備軸線測(cè)量：此設(shè)備為十字軸線，可以在每條軸線的兩端各取1個(gè)測(cè)量點(diǎn)，使用球棱鏡采集坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

(3)設(shè)備支撐底面測(cè)量：此設(shè)備共有4個(gè)支撐，均勻分布在設(shè)備底部，由于4個(gè)支撐是各自獨(dú)立的，可在每個(gè)支撐4角及中心各布置1個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)支撐單獨(dú)分組并做好編號(hào)，使用球棱鏡采集測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)，按照選用的球棱鏡和配套工裝尺寸，對(duì)采集到的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行偏移，偏移時(shí)應(yīng)注意偏移方向，保證偏移后的坐標(biāo)數(shù)據(jù)在各自平面內(nèi)。

1.3 安裝基礎(chǔ)位置測(cè)量

安裝基礎(chǔ)是設(shè)備就位的支撐，尤其是與設(shè)備支撐配合接觸面區(qū)域的施工質(zhì)量，是決定設(shè)備安裝定位情況的關(guān)鍵部位，也是需要進(jìn)行測(cè)量的重點(diǎn)。以圖1中設(shè)備為例，與4個(gè)設(shè)備支撐底面配合的安裝基礎(chǔ)區(qū)域，應(yīng)對(duì)應(yīng)設(shè)備支撐底面測(cè)量點(diǎn)，在4角和中心各布置1個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)區(qū)域單獨(dú)分組并做好編號(hào)，先使用施工現(xiàn)場(chǎng)的施工坐標(biāo)系定位儀器，再使用球棱鏡進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，按照選用的球棱鏡和配套工裝尺寸，對(duì)采集到的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行偏移，偏移時(shí)應(yīng)注意偏移方向，保證偏移后的坐標(biāo)數(shù)據(jù)在各自區(qū)域的平面內(nèi)。

圖2 安裝基礎(chǔ)

2 建立數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)處理可以選用Spatial Analyzer軟件，其優(yōu)異的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)模型擬合，幾何模型分析功能，可以直觀的展示數(shù)據(jù)建模和模擬安裝的過程。

圖3 設(shè)備本體坐標(biāo)系

2.1 設(shè)備本體數(shù)據(jù)模型

(1)在軟件中，使用頂部平面的8個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，擬合平面，建立設(shè)備頂部平面模型，再將全部軸線測(cè)量點(diǎn)垂直投影到該平面，投影后同一軸線上的兩個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)連接，分別建立0°-180°、90°-270°軸線模型。

(2)以兩條軸線的交點(diǎn)為原點(diǎn)，0°方向軸線為X軸，頂部平面為XOY平面，建立設(shè)備本體坐標(biāo)系，完成后激活為當(dāng)前坐標(biāo)系，保存文件。

(3)可以查詢每個(gè)支撐底面的5個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)到頂部平面的垂直距離，與設(shè)計(jì)圖紙中距離進(jìn)行比較，檢查設(shè)備的制造質(zhì)量。

2.2 安裝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型

安裝基礎(chǔ)每個(gè)與設(shè)備支撐底面配合區(qū)域的5個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，分別擬合平面，建立支撐配合面模型，完成后做好文件的保存。

3 模擬安裝定位進(jìn)行尺寸計(jì)算

3.1 建立定位基準(zhǔn)

如圖4所示，在軟件中打開安裝基礎(chǔ)模型文件，建立設(shè)備定位基準(zhǔn)坐標(biāo)系，完成后設(shè)置為當(dāng)前坐標(biāo)系。按設(shè)計(jì)圖紙中的設(shè)備頂部標(biāo)高面數(shù)據(jù)輸入平面模型，作為XOY平面，在該平面中輸入設(shè)計(jì)圖紙中的設(shè)備中心坐標(biāo)和設(shè)備0°軸線，分別作為原點(diǎn)和X軸。

圖4 設(shè)備定位基準(zhǔn)坐標(biāo)系

3.2 定位設(shè)備模型查詢尺寸數(shù)據(jù)

確認(rèn)設(shè)備模型文件中當(dāng)前坐標(biāo)系為本體坐標(biāo)系，安裝基礎(chǔ)模型文件中當(dāng)前坐標(biāo)系為設(shè)備定位基準(zhǔn)坐標(biāo)系，將設(shè)備模型文件導(dǎo)入到安裝基礎(chǔ)模型文件中。

查詢每個(gè)支撐底面的5個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)到對(duì)應(yīng)安裝基礎(chǔ)配合面的距離，各自形成數(shù)據(jù)表，每個(gè)距離可以代表該位置所需要的墊板厚度尺寸。

4 總結(jié)

應(yīng)用三維測(cè)量技術(shù)，獲取設(shè)備本體關(guān)鍵尺寸及安裝基礎(chǔ)位置數(shù)據(jù)，能夠在軟件中模擬設(shè)備的安裝過程，人工操作對(duì)結(jié)果的干擾較小，數(shù)據(jù)結(jié)果可直觀展示，自動(dòng)化程度高，一次性可獲取全部墊板尺寸數(shù)據(jù)。整套工藝運(yùn)用模擬安裝定位技術(shù)替代現(xiàn)場(chǎng)預(yù)安裝施工，在消除了二次施工風(fēng)險(xiǎn)，確保施工質(zhì)量的同時(shí)，同樣達(dá)到了直觀反饋出設(shè)備支撐和安裝基礎(chǔ)間距尺寸的效果，經(jīng)過精確計(jì)算提前獲得墊板厚度尺寸，能夠在設(shè)備到貨前完成墊板加工安裝等全部準(zhǔn)備工作，設(shè)備到貨后一次吊裝就位即可按設(shè)計(jì)要求完成施工，減少了大量施工等待，單臺(tái)設(shè)備至少可以優(yōu)化10天的安裝施工關(guān)鍵路徑工期，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。