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ICS 27.120.10 F 61 DB34 安徽省地方标准 DB 34/T 3186.32018 聚变堆遥操作维护系统设计准则 第3 部分：转运车系统 Design criteria for remote handling maintenance system in fusion reactor Part3：Tranfer CASK 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 3186.32018 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 3 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。本部分主要起草人：郝志伟、宋云涛、陆坤、程勇、张俊、唐雨翔、李碧、史善爽、赵文龙、潘洪涛、齐敏中、郑磊、程鸣。DB34/T 3186.32018 1 聚变堆遥操作维护系统设计准则 第3 部分：转运车系统 1 范围 DB34/T 3186 的本部分规定了聚变堆转运车系统的相关术语和定义、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转运车系统设计的所有阶段。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。DB34/T 2734.1 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 DB34/T 3186.1 聚变堆远程维护系统设计准则 第 1 部分：整体维护要求及分析 3 术语和定义 DB34/T 3186.1 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 转运车系统 transfer cask system 真空室内部部件以及遥操作维护设备在热室与真空室之间的一种遥控转运系统。3.2 气垫输运系统 air transfer system 简称气垫车，是利用气体薄膜技术的功效原理，托起和搬运遥操作转运车及其内部重物的一种运输系统。3.3 底盘 envelope 车体的直接支撑部件，用于承载着整个车体及内部载荷。3.4 双向密封门 double seal door 位于转运车两端可以打开和关闭的密封门，该密封门可以和真空室窗口及其他转运车相互对接。4 系统功能及基本组成 DB34/T 3186.32018 2 4.1 系统功能 通过远程控制的方式完成转运车的移动，完成与真空室窗口对接、取出内部部件、与窗口分离、与热室对接等一系列工作，并在操作过程中保证转运车和对接窗口的良好密封，避免放射性物质的泄漏。应至少实现以下功能：a)实现转运车的稳定行走和承载有效承载；b)实现不同运转运车之间的相互对接；c)实现转运车密封门实时自动开启和关闭，并防止放射性物质的泄漏；d)通过驱动控制系统，实现窗口精确定位和对接。4.2 基本组成 4.2.1 车厢及其底盘 应具有承重和屏蔽的作用，可以防止车厢外射线对厢体内部的传动机构和控制器件的损伤。车厢内部设有装卸机构的基准导轨，车厢与端口的对接导轨。在底盘上设计有四个子系统：支撑腿系统、移动滚轮系统、对接锁紧系统和主体框架，这些子系统的配合运行，可以完成对车厢的空间位姿进行调整。4.2.2 气垫输运系统 可搬运厢体及其载荷部件，具有独立的动力和控制系统，能够承载最高达 200 t 的负载。至少应具有以下几部分：车体框架、驱动单元、电控系统、气管轮盘系统、气体控制阀组、平衡系统。4.2.3 双向密封门系统 位于车厢的两端，和车厢一起形成一个密封的空间。在车厢前端有维护门和车门，两扇门之间可以根据需要对接在一起或脱离开成独立的两个门，达到转运车与窗口对接和分离的目的，车厢尾端平时只装有小车门，当运输车出现故障需要援救时，救援车通过尾端的小车门与故障转运车对接后进行援救工作。窗口和车厢以及双密封门之间都有双道“O”型密封圈，通过双层密封圈之间的空隙可进行密封性检查，将放射性物质（射线等其他有害污染物）泄漏的危害降至最低。4.2.4 内部牵引机构及操作工具 应能完成大负载、高可靠零部件操作（主要是窗口插件），实现不规则零部件的拆卸、安装和牵移，主要任务包括：a)在导轨上运动；b)通过拧紧/拧松工具松开内部部件固定于窗口的螺栓；c)提升机构将插件抬起，并沿着轨道拖入车厢中；d)当转运车回到热室时再将插件送入热室内维护。4.2.5 电源系统 应负责为各个子系统提供电力。电源系统应能为各个子系统提供相匹配的电压和电流。4.2.6 计算机和通讯系统 为转运车系统各任务完成提供控制平台和手段。计算机系统采用上位机和下位机两级结构，上位机应完成的任务有任务分解、和各个下位机的通信以及用户操作界面等功能；下位机应完成各自的单元任务。DB34/T 3186.32018 3 4.2.7 定位与导航系统 主要提供转运车的运动轨迹、停靠位置、窗口位置和电源位置信息。应提供的位置信息包括但不限于：a)气垫车停靠初始位置；b)气垫车初始位置时电源插座信息；c)气垫车运动轨迹；d)气垫车停靠的末端位置；e)气垫车停靠末端位置时电源插座信息；f)对接窗口位姿信息；g)操作对象组件位姿信息。4.2.8 控制系统 应实现对转运车系统以及各个子系统的关节控制；实现对转运车系统的工作流程控制；检控各个传感器的输出信息；实现任务规划；实现路径规划提供用户操作界面。4.2.9 驱动系统 主要为各个运动单元提供动力。在该系统中驱动单元主要有三类：a)气动装置：完成气垫车的气垫驱动工作；b)电动装置：完成气垫车驱动轮的驱动工作；c)液压装置：完成车厢底盘六自由度空间运转、装卸设备驱动和导轨的运动，双向密封门的开启和关闭。5 系统设计 5.1 总体要求 5.1.1 转运车应满足聚变堆上、中、下三种不同种类窗口的尺寸要求。5.1.2 在容纳所需转运的待维护部件及车内设备的前提下，转运车体积应尽可能小。5.1.3 转运车的气垫输运系统和底盘之间的接口应通用、独立、具有可互换性，底盘和任何一个气垫应可以结合，不改变接口。5.2 各子系统要求 5.2.1 车厢前端应能够承受 0.9 bar1.05 bar 的内部压力变化。5.2.2 车体应满足承载有效载荷要求。5.2.3 车体重复定位精度应不大于 1 mm，承载温度应不小于 80。5.2.4 牵引机构及操作工具操作载荷应不小于 20 t。5.2.5 底盘应能实现车厢在空间 6 个自由度运动。5.2.6 气垫车应能支撑整个转运车及其内部待维护部件；车体重复定位精度应不大于 3 mm，导航误差应不大于 1 mm。5.2.7 双向密封门漏率应不影响真空室运行要求，重复定位精度应不大于 0.5 mm。5.2.8 转运车导航精度应不大于 1 mm，窗口定位精度应不大于 0.2 mm，电源插座定位精度应不大于 1 mm。DB34/T 3186.32018 4 5.3 应力要求 转运车及其子系统设备材料许用应力应遵循以下基本原则：a)法向许用应力=0.67（Rp0.2）；（Rp0.2：塑性材料延伸率为 0.2时对应的应力）b)切向许用应力=0.38（Rp0.2）；c)滚动许用应力=0.45 HV。（HV：维克氏硬度数）5.4 材料要求 除了应满足基本的强度要求之外，还应具备优良的力学性能、良好的焊接性能、低出气率、无磁（或低磁）等要求。优先选用的几种材料是（不包括电源接头等特殊部件）：316LN、304、40Cr 和 20Cr。6 工程设计 6.1 系统设计 6.1.1 应根据聚变堆上、中、下窗口尺寸及待维护部件的尺寸和重量设计不同尺寸和载荷的转运车。6.1.2 应根据聚变堆维护环境，设计满足工作环境要求的转运车。6.2 子系统设计 应根据各个子系统的功能，完成子系统的工程设计。6.3 接口设计 6.3.1 机械接口：气垫车体和车厢底盘接口、车厢四角和地面支撑锁定机构接口、导轨和装卸机构接口、装卸设备和车厢/导轨接口、双密封门和车厢/导轨接口等。6.3.2 电气接口：车上插头和插座接口。6.3.3 信号接口：硬件与上位机的网络通信接口和气垫车控制单元接口。6.4 转运车系统性能评估 系统评估应考虑包括但不限于表 1 所列内容。表1 系统评估内容 评估类型 评估内容 静力学与动力学 应力分析 应变分析 变形分析 模态振型与固有频率分析 谐响应分析 响应谱分析 位移分析 速度分析 加速度分析 热力学 温度 热通量 DB34/T 3186.32018 5 表1（续）评估类型 评估内容 控制系统 系统控制精度 通讯响应时间 鲁棒性 故障率 兼容性 接口与真空室兼容性 维护空间与聚变堆兼容性 维护流程与聚变堆兼容性 救援流程 救援策略 救援路径 仿真模拟 7 RAMI 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。_
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