CN107891391B - 一种用于压力容器内构件的定位结构和定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于压力容器内构件的定位结构和定位方法。其中定位结构由第一定位件和第二定位件共同作用组成。同时，本发明还提出一种装有内构件的压力容器，定位结构中的第一定位件和第二定位件分装在压力容器和内构件上，用于在内构件和压力容器之间进行定位。定位方法包括：压力容器和内构件分别安装定位件，吊装内构件至压力容器内，使用调整垫板调整内构件的高程，通过移动内构件中第二定位件来调整内构件的水平位置和接触状态，在高程、水平位置和接触状态都达到要求后，通过安装弹簧定位销固定第二定位件，完成压力容器、内构件和定位结构的安装。本发明具有结构简单、可靠性高、可调节定位精度、能够自动对中、定位精度高和适用范围广的优点。

Description

一种用于压力容器内构件的定位结构和定位方法

技术领域

本发明涉及压力容器内构件的设计领域，尤其涉及一种用于压力容器内构件的定位结构和定位方法。

背景技术

散裂中子源是体现一个国家的科技水平、经济水平和工业水平等综合实力的大型科学研究装置。中国散裂中子源(CSNS)作为发展中国家的第一台散裂中子源，其建成将进入世界四大散裂中子源的行列，大大提高我国的科学地位。CSNS是开展前沿学科及高新技术研究的先进大型实验平台，能够为我国的多学科创新在国际上占领一席之地提供良好的机遇。中子散射应用在物理、化学、生命科学、材料、纳米等学科领域，有望使我国在诸多重要前沿研究方向实现突破。CSNS的建设不但会对我国工业技术、国防技术的发展起到有力的促进作用，也会带动和提升众多相关产业的技术进步，产生巨大的社会经济效益。

CSNS的靶站核心部位是一圆筒形压力容器，外径超过1m，属于大型筒体压力容器，内部安装有反射体等内构件。所述内构件在压力容器中的定位结构需满足以下设计要求：

1.在整个装置运行期间内构件的材料会发生辐照损伤，必须考虑运行期间内构件的维护，或内构件达到寿命后进行整体更换，且维护和更换的过程必须通过遥控操作进行。因此，内构件在压力容器中的定位结构必须简单可靠，内构件必须垂直定位、垂直拆卸。

2.为了优化中子能谱结构，同时避免出现放射性射线的直缝泄露，内构件与压力容器内壁之间的间隙应小于10mm。内构件在压力容器内的安装间隙狭小，无法手工目视操作，因此内构件在压力容器中的定位结构应具有自动对中功能。

3.由于内构件的定位精度决定了质子打靶和中子束线引出点的精度，其在压力容器内的定位精度应小于1mm，且具有较高的重复定位精度。为了实现较高的定位精度，定位结构应具有可调性。

目前国内现有的压力容器内构件的定位多采用定位销，或圆周定位键。定位销虽能达到较高的定位精度，但安装拆卸操作难度较大，拆卸时易出现定位销脱出等意外情况，且不具有可调性。圆周定位键的结构复杂，无法使用在间隙狭小的空间内。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种定位结构和一种用于压力容器内构件的定位方法，解决目前设计中存在的定位结构安装拆卸操作难度大，不具有可调性，且结构复杂，无法使用在间隙狭小的空间内的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种定位结构，包括：第一定位件，包括第一固定面和与第一固定面相背对或垂直的第一支撑面，第一支撑面上具有凹槽，凹槽表面为第一定位导向斜面；第二定位件，包括第二固定面和与第二固定面相背对或垂直的第二支撑面，第二支撑面上具有凸块，凸块表面为第二定位导向斜面；第一定位件的凹槽与第二定位件的凸块相配合，以使第二定位件和第一定位件在相对滑动过程中将凸块嵌入到凹槽内进行自动定位，第二支撑面与第一支撑面贴合以承重。

另一方面，本发明还提出一种装有内构件的压力容器，包括：压力容器，呈圆筒形状，压力容器内壁面有第一固定台阶；内构件，安装于压力容器内，内构件截面是圆形或方形，内构件的外壁面有第二固定台阶；以及定位组件，其包括两个以上如上所述的定位结构，定位结构沿圆周方向均匀分布，定位结构中的第一定位件和第二定位件分装在第一固定台阶和第二固定台阶上，用于在内构件和压力容器之间进行定位。

另一方面，如上所述，一种用于压力容器内构件的定位方法，包括：

步骤一，在压力容器和内构件上分别安装定位件：在压力容器内壁面的两个以上第一固定台阶上通过紧定螺钉安装两个以上第一定位件，测量已安装的第一定位件的中轴线夹角，计算中轴线交点，判断第一定位件的中轴线交点是否与压力容器中轴线重合；在内构件外壁面的两个以上第二固定台阶上通过内六角螺钉固定两个以上第二定位件，先不安装内构件和第二定位件之间的弹簧销；调整已安装第二定位件的位置，使第二定位件的中轴线夹角与第一定位件的夹角一致，且中轴线的交点与内构件的中轴线重合；

步骤二，吊装内构件至压力容器内：将已安装第二定位件的内构件吊装至已安装第一定位件的压力容器内部，在定位结构的作用下，内构件与压力容器实现自动对中；

步骤三，判断内构件高程是否需要调整：当需要调整高程时，测量需要调整的高程要求，进行步骤四的操作；否则进行步骤五的操作；

步骤四，调整高程：吊出已安装第二定位件的内构件，在第二定位件与内构件第二固定台阶的第二定位件安装槽之间增加调整垫板，直到内构件高程调整结果符合要求，随后，吊装已安装第二定位件和垫板的内构件至已安装第一定位件的压力容器内；

步骤五，判断内构件水平位置是否需要调整：当需要调整水平位置时，先测量内构件的中轴线及压力容器的中轴线，确定内构件中轴线需要水平偏移的数值，计算出已安装的第二定位件分别需要偏移的数值，然后进行步骤六的操作；否则进行步骤七的操作；

步骤六，调整水平位置：从压力容器中吊出内构件，松开第二定位件上的内六角螺钉，调整第二定位件至需要的位置，紧固内六角螺钉至腰型沉孔中；吊装内构件至压力容器内部，测量内构件的中轴线及压力容器的中轴线；可重复上述拆卸和调整的过程，直至内构件在压力容器内的水平定位精度满足使用要求；

步骤七，判断定位结构的接触状态：从压力容器中吊出内构件，在所安装的全部第一定位件的第一支撑面和第一定位导向斜面上均匀涂抹一层着色剂后，吊装已安装第二定位件的内构件至压力容器内；保持压力容器、内构件和涂抹着色剂的定位结构之间的相对位置不变，在着色剂充分着色后，拆卸内构件，根据内构件上所安装的全部第二定位件上第二支撑面和第二定位导向斜面的着色结果进行定位结构安装接触面是否符合要求的判断；如果着色结果不符合要求，则进行步骤八的操作；否则进行步骤九的操作；

步骤八，调整定位结构的接触状态：从压力容器中吊出内构件，调整第二定位件在内构件第二固定台阶上的安装位置或修配不符合要求的第二定位导向斜面后，再吊装内构件至涂抹着色剂的压力容器内，该步骤可以反复进行，直到接触状态达到要求；

步骤九，安装弹簧销，完成安装：上述定位步骤完成后，拆卸装有第二定位件的内构件，在内构件上加工销孔，并安装弹簧销；加工销孔与安装弹簧销的过程不能拆除或移动第二定位件；将安装有弹簧销的第二定位件和内构件吊装至压力容器内部，完成压力容器中内构件的定位安装。

在本发明实施例中，采用本发明设计的多组定位结构和用于压力容器内构件的定位方法可以用于内构件在压力容器的安装、使用、维护过程的定位，同时，该设计具有如下优点：1.结构简单，空间紧凑，可靠性较高，安装操作简单易行，其中定位结构的安装采用紧定螺钉，便于安装和拆卸，可以合理利用狭小的安装空间。2.具有可调性：水平可调：第二定位件采用腰型沉孔的结构，在松开内六角螺钉的情况下，第二定位件能在水平面上进行一定范围内的自由移动；垂直可调：在第二定位件及其安装槽之间增加调整垫板，即可对内构件的高程进行调整。3.在安装过程中利用定位导向斜面自动导向功能，安装拆卸过程无需手工目视操作即可完成自动对中，并且可通过远程遥控操作实现内构件的安装与拆卸。4.具有较高的定位精度及重复定位精度。5.适用范围较广，本发明适用于大部分类型压力容器内构件的定位，内构件截面可以是圆形或方形。

附图说明

图1为一种实施例的用于压力容器内构件定位结构的布局示意图；

图2为一种实施例的定位结构中定位件间配合关系示意图；

图3为一种实施例的第一定位件与压力容器的安装示意图；

图4为一种实施例的第二定位件与内构件的安装示意图；

图5为一种实施例的用于压力容器内构件定位方法的步骤图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

下面以中国散裂中子源(CSNS)的靶站核心部位为例进行说明。如图1所示，CSNS的靶站核心部位是一圆筒形压力容器400，外径超过1m，属于大型筒体压力容器，内部安装有反射体等内构件500，反射体内构件500整体呈阶梯圆柱体状。压力容器400与内构件500之间通过三组大小一样的定位结构100实现定位。每相邻两组定位结构100的中心轴线夹角为120°，三组定位结构均匀地沿圆周分布。

在本实施例中，如图3、图4所示，压力容器400内壁面有第一固定台阶401，第一固定台阶401具有多个梯形的第一定位件安装槽402，第一定位件200固定安装在第一定位件安装槽402内。内构件500的外壁面有第二固定台阶501，第二固定台阶501具有多个扇形的第二定位件安装槽502，第二定位件安装槽502上设有螺纹孔，第二定位件300固定安装在第二定位件安装槽502内。

在本实施例中，如图2所示，定位结构100由第一定位件200和第二定位件300配合使用组成。其中，第一定位件200为V型定位件；第二定位件300为A型定位件。

在本实施例中，如图3，图4所示，第一定位件200为梯形结构并带有凹型的第一定位导向斜面201。第一定位件上两个水平相对的第一固定面202上设计有两个沉头螺纹孔204，用于安装紧定螺钉205。第二定位件300为扇形结构并带有凸出的第二定位导向斜面301。第二定位导向斜面301的两侧平面为第二支撑面302，每个第二支撑面302分别开有通孔303和腰型沉孔304。通孔303用于安装弹簧销305，腰型沉孔304用于保证内六角螺钉306头不凸出第二支撑面302。第一定位件200和第二定位件300通过第一定位导向斜面201和第二定位导向斜面301、第一支撑面203和第二支撑面302共同作用组成一对定位结构。

在本实施例中，采用如图5所示的用于压力容器内构件的定位方法，具体实施步骤如下：

A01，在压力容器和内构件上分别安装定位件：在压力容器400内壁面的第一固定台阶401的梯形第一定位件安装槽402内安装第一定位件200时，先将第一定位件200的第一固定面202与第一定位件安装槽402紧贴，利用2个紧定螺钉205将第一定位件200固定在第一定位件安装槽402内。安装时需要拧紧紧定螺钉205，保证第一定位件200的第一固定面202两端与第一定位件安装槽402均匀接触，不发生偏转。依次沿圆周均匀安装3个第一定位件200，测量3个第一定位件200的中轴线夹角，计算中轴线交点，判断3个第一定位件200的中轴线交点是否与压力容器400的中轴线重合。在本实施例中，如图4所示，在内构件500外壁面的第二固定台阶501的扇形第二定位件安装槽502上安装第二定位件300时，先不安装弹簧销305。粗调A型定位件的位置，使3个第二定位件300的中轴线夹角与第一定位件200的夹角相一致，且中轴线的交点与内构件500的中轴线重合。然后，用2个内六角螺钉306紧固第二定位件300。

A02，吊装内构件至压力容器内：吊装内构件500至压力容器400内部时，定位结构100可以用于内构件500与压力容器400的自动对中；

A03，判断内构件高程是否需要调整：当需要调整高程时，测量需要调整的高程要求，进行A04的操作；否则进行A05的操作；

A04，调整高程：吊出已安装第二定位件300的内构件500，在第二定位件300与内构件500第二固定台阶501的第二定位件安装槽502之间增加调整垫板，直到内构件500高程调整结果符合要求，随后，吊装已安装第二定位件300和垫板的内构件500至已安装第一定位件200的压力容器400内；

A05，判断内构件500水平位置是否需要调整：理论上内构件500的中轴线将与压力容器400的中轴线重合，但实际制造与安装过程中难免会产生误差，或者由于设计要求，需要将内构件500的中轴线偏离压力容器400的中轴线，这时需要对内构件500的水平位置进行微调。在本实施例中，如图4所示，调整内构件500在压力容器400内的水平位置时，先测量内构件500的中轴线及压力容器400的中轴线，确定内构件500中轴线需要偏移的数值，并计算出3个第二定位件300分别需要偏移的数值，然后进行A06的操作；否则进行A07的操作；

A06，调整水平位置：从压力容器400中吊出内构件500，松开第二定位件300上的内六角螺钉306，调整第二定位件300至需要的位置，紧固内六角螺钉306至腰型沉孔304中；调整3个第二定位件300后，再次吊装内构件500至压力容器400内部，测量内构件500的中轴线及压力容器400的中轴线。如有必要可重复拆卸和调整的过程，直至内构件500在压力容器400内的水平定位精度满足使用要求；

A07，判断定位结构100的接触状态：在本实施例中，从理论可以得出，最优的定位件支撑情况为每对定位结构都是平面受力，斜面不受力。考虑到安装或制造误差可能造成定位结构100接触状态不良，可以采用一种着色法来检查接触状态，进而解决上述问题。在压力容器400内壁面的三个第一固定台阶401上通过紧定螺钉205安装好三个第一定位件200；在内构件500外壁面的三个第二固定台阶501上通过内六角螺钉306固定三个第二定位件300。此时，所安装的压力容器400、内构件500、定位结构100已达到自动对中、高程要求和水平精度要求。先不安装内构件500和第二定位件300之间的弹簧销305；在所安装的全部第一定位件200的第一支撑面203和第一定位导向斜面201上均匀涂抹一层着色剂后，吊装已安装第二定位件300的内构件500至压力容器400内；保持压力容器400、内构件500和涂抹着色剂的定位结构100之间的相对位置不变，在着色剂充分着色后，拆卸内构件500，根据内构件500上所安装的三个第二定位件300上第二支撑面302和第二定位导向斜面301的着色结果进行定位结构100安装贴合位置是否符合要求的判断；当仅有第二支撑面302均匀着色时，此时第一定位件200与第二定位件300之间的安装贴合为最优支撑结果；当第二支撑面302和第二定位导向斜面301均着色时，第一定位件200与第二定位件300之间的安装贴合为可以接受的结果；当只有第二定位导向斜面301着色而两侧第二支撑面302均未着色时，第一定位件200与第二定位件300之间的安装贴合为不可接受结果。这种情况可能会造成内构件500安装不水平或后期拆卸困难。如果着色结果不符合要求，则进行A08的操作；否则进行A09的操作；

A08，调整定位结构100的接触状态：从压力容器400中吊出内构件500，则通过调整第二定位件300在内构件500第二固定台阶501上的安装位置或修配接触状态不符合要求的第二定位导向斜面301后，再吊装内构件500至涂抹着色剂的压力容器400内，该步骤可以反复进行，直到接触状态达到要求；

A09，安装弹簧销305，完成安装：上述定位步骤完成后，内构件在压力容器的定位安装符合了自动对中的安装要求、高程的要求、水平精度的要求以及接触状态的使用要求，需要拆卸内构件500，在内构件500的第二定位件安装槽502上加工销孔，并在第二定位件300上的通孔303上安装弹簧销305。其中，加工销孔与安装弹簧销的过程不能拆除或移动第二定位件300。安装弹簧销305后，第二定位件300将不会发生移动，并且能够承受地震等极端情况时产生的剪切力影响。

在另一种实施例中，使用2对或者超过3对定位结构100(非均匀沿圆周120°进行安装)通过上述的定位方法，也可完成内构件500在压力容器400内的定位，并实现安装可自动对中、高程满足要求、水平定位精度可调以及接触状态稳定的使用要求。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种用于压力容器内构件的定位结构,其特征在于，包括：

第一定位件，用于安装在压力容器内壁的第一固定台阶上，所述第一定位 件为梯形结构，其包括第一固定面和与第一固定面相垂直的第一支撑面，所述第一支撑面上具有凹槽，凹槽表面为第一定位导向斜面；

第二定位件，用于安装在内构件外壁的第二固定台阶上，所述第二定位件为扇形结构，其包括第二固定面和与第二固定面相背对的第二支撑面，所述第二支撑面上具有凸块，凸块表面为第二定位导向斜面；

所述第一定位件的凹槽与第二定位件的凸块相配合，以使第二定位件和第一定位件在相对滑动过程中将凸块嵌入到凹槽内进行自动定位，第二支撑面与第一支撑面贴合以承重；

所述第二定位件的第二支撑面与第二固定面之间开有通孔和腰型沉孔；所述通孔用于安装弹簧销，所述第二支撑面上的腰型沉孔用于保证内六角螺钉头不凸出支撑面；

所述第二定位件的腰型沉孔可用于调整内构件在压力容器的水平位置精度。

2.如权利要求 1 所述的定位结构，其特征在于，所述第一定位件的第一固定面设计有两个沉头螺纹孔，用于安装紧定螺钉。

3.一种装有内构件的压力容器，其特征在于，包括：

压力容器，呈圆筒形状，所述压力容器内壁面有第一固定台阶；

内构件，安装于压力容器内，所述内构件截面是圆形或方形，所述内构件的外壁面有第二固定台阶；

以及定位组件，其包括两个以上如权利要求 1-2 任一项所述的定位结构， 所述定位结构沿圆周方向均匀分布，用于在内构件和压力容器之间进行定位。

4.如权利要求 3 所述的装有内构件的压力容器，其特征在于，所述第一固定台阶具有多个梯形的第一定位件安装槽，所述第一定位件的第一固定面与第一定位件安装槽紧贴，将第一定位件固定在压力容器内。

5.如权利要求 3 所述的装有内构件的压力容器，其特征在于，所述第二固定台阶具有多个扇形的第二定位件安装槽，所述第二定位件安装槽上设有螺 纹孔，所述第二定位件的第二固定面与第二定位件安装槽共同作用，将第二定位件固定在内构件上。

6.如权利要求 4 所述的装有内构件的压力容器，其特征在于，所述第一定位件的第一固定面通过紧定螺钉锁紧在第一定位件安装槽内。

7.如权利要求 5 所述的装有内构件的压力容器，其特征在于，所述第二定位件的第二固定面通过内六角螺钉和弹簧销同时锁紧在第二定位件安装槽内。

8. 一种用于压力容器内构件的定位方法，包括如权利要求 3-7 中任一项的装有内构件的压力容器，其特征在于所述方法包括：

步骤一，在压力容器和内构件上分别安装定位件：在压力容器内壁面的两个以上第一固定台阶上通过紧定螺钉安装两个以上第一定位件，测量已安装的第一定位件的中轴线夹角，计算中轴线交点，判断第一定位件的中轴线交点是否与压力容器中轴线重合；在内构件外壁面的两个以上第二固定台阶上通过内六角螺钉固定两个以上第二定位件，先不安装内构件和第二定位件之间的弹簧销；调整已安装第二定位件的位置，使第二定位件的中轴线夹角与第一定位件的夹角一致，且中轴线的交点与内构件的中轴线重合；

步骤二，吊装内构件至压力容器内：将已安装第二定位件的内构件吊装至已安装第一定位件的压力容器内部，在定位结构的作用下，内构件与压力容器实现自动对中；

步骤三，判断内构件高程是否需要调整：当需要调整高程时，测量需要调整的高程要求，进行步骤四的操作；否则进行步骤五的操作；

步骤四，调整高程：吊出已安装第二定位件的内构件，在第二定位件与内构件第二固定台阶的第二定位件安装槽之间增加调整垫板，直到内构件高程调整结果符合要求，随后，吊装已安装第二定位件和垫板的内构件至已安装第一定位件的压力容器内；

步骤五，判断内构件水平位置是否需要调整：当需要调整水平位置时，先测量内构件的中轴线及压力容器的中轴线，确定内构件中轴线需要水平偏移的数值，计算出已安装的第二定位件分别需要偏移的数值，然后进行步骤六的操作；否则进行步骤七的操作；

步骤六，调整水平位置：从压力容器中吊出内构件，松开第二定位件上的内六角螺钉，调整第二定位件至需要的位置，紧固内六角螺钉至腰型沉孔中；吊装内构件至压力容器内部，测量内构件的中轴线及压力容器的中轴线；可重复上述调整的过程，直至内构件在压力容器内的水平定位精度满足使用要求；

步骤七，判断定位结构的接触状态：从压力容器中吊出内构件，在所安装的全部第一定位件的第一支撑面和第一定位导向斜面上均匀涂抹一层着色剂后，吊装已安装第二定位件的内构件至压力容器内；保持压力容器、内构件和涂抹着色剂的定位结构之间的相对位置不变，在着色剂充分着色后，拆卸内构件，根据内构件上所安装的全部第二定位件上第二支撑面和第二定位导向斜面的着色结果进行定位结构安装接触面是否符合要求的判断；如果着色结果不符合要求，则进行步骤八的操作；否则进行步骤九的操作；

步骤八，调整定位结构的接触状态：从压力容器中吊出内构件，调整第二定位件在内构件第二固定台阶上的安装位置或修配不符合要求的第二定位导向斜面后，再吊装内构件至涂抹着色剂的压力容器内，该步骤可以反复进行，直到接触状态达到要求；

步骤九，安装弹簧销，完成安装：上述定位步骤完成后，拆卸装有第二定位件的内构件，在内构件上加工销孔，并安装弹簧销；加工销孔与安装弹簧销的过程不能拆除或移动第二定位件；将安装有弹簧销的第二定位件和内构件吊装至压力容器内部，完成压力容器中内构件的定位安装。

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