一种用于核电常规岛异径非同心联箱直线度的测量方法

向伟 于明

（东方电气集团东方锅炉股份有限公司，四川德阳 618000）

电站蒸汽转换系统中一般存在多种联箱，主要有：主蒸汽联箱、旁路联箱、疏水及抽汽联箱等等。联箱的作用主要有以下几点：1、将管径不等、用途不同的管子通过联管有机的连接在一起；2、混合工质、交换工质位置，减少热偏差；3、减少各管线与设备连接接头。目前由东方锅炉承接的核电常规岛联箱，其设计、制造及检验均按照GB150执行。联箱筒身一般较长，需要多段筒节进行拼焊，其装配焊接后的整体直线度应满足GB150中1‰的要求。若联箱直线度不合格不仅影响着电厂设备的安装，同时直线度过大产生的弯曲应力会影响设备安全运行，而且联箱在运行时处于高温、高压状态，直线度过大会加速介质对筒身的腐蚀。因此我们需要在制造过程中对联箱的直线度加以控制。

我们常见的联箱一般为等径同心联箱，其各段筒节中心均在一条线上且筒体内、外径相等，结构图如图1所示。对于该类联箱的直线度测量，按照GB150.4-2011第6.5.4的要求选取联箱的4个相线（0°、90°、180°、270°即本文中表述的I、II、III、IV相线）进行测量[1]。此类联箱外形结构简单，我们一般选择经济实用的“等高块+粉线+钢板尺”的方法进行测量。测量方法一般如下：将联箱放置到工位，将被测相线调至联箱正左或正右侧（避免由于重力原因导致粉线下垂所引起的测量误差）；然后在相线上放置等高块及拉直粉线；再用钢板尺测量等高块高度，按标准要求多次测量粉线至筒身相线的垂直距离；最后用粉线至筒身的垂直高度减去等高块的高度即为筒身该处的直线度。

图1 等径同心联箱结构示意图

本次我们需要研究的联箱其筒身有多个筒节及异径接头组成，该类联箱仅有一条相线在一个平面上，其余三条相线都不在一个平面上，其结构示意图如图2。若图2所示联箱采取“粉线+等高块”法进行测量，Ⅰ相线直线度可以直接测量，Ⅲ相线可以换算测量，Ⅱ/Ⅳ相线由于各筒节中心不在一条直线上无法测量筒身Ⅱ/Ⅳ相线上各点与粉线的距离，从而无法得出联箱在这两个相线上的直线度，这使得我们需要采用其他方法才能测得该类联箱整体直线度。下面我们介绍一种使用激光经纬仪作为辅助工具测量联箱直线度的方法。

图2 异径非同心联箱结构示意图

1 使用激光经纬仪作为辅助工具测量异径不同心联箱的方法

1.1 设备的选取

激光是一种方向性极强、能量十分集中的光辐射，其对于实现测量过程的高精度、方便性及自动化照准是十分有利的。激光电子经纬仪是在电子经纬仪的基础上，增加激光发射系统（635nm半导体激光发射器）制造而成。激光通过望远镜发射出来，与望远镜照准轴保持同轴同焦。因此激光电子经纬仪除了测角精度高外，还提供了一条可见激光便于辅助大型机械部件的装配、检测。

我们采用的激光经纬仪型号为LP402L,由苏州一光仪器有限公司制造，经中国测试技术研究院检定后使用。其有如下特点，故可以作为测量辅助设备：①激光经纬仪能够发射一束能在一定距离范围内聚焦的激光，且其聚光后焦点小能够大大减少测量误差，目前我们使用的激光经纬仪聚焦后光斑可调节至直径2.5mm；②激光在空气密度相近、距离较近的情况下其直线性良好，不受重力影响，因此对被检工件的摆放位置要求要比“粉线+等高块”法宽松；③激光经纬仪在绕水平或垂直移动激光束时其水平性及垂直性良好；④激光经纬仪使用目镜观测，其远距读数清晰度较高（本次我们使用的LP402L望远镜放大倍率为30X，分辨率为4″）。

另外本测量方法还需要用到钢直尺及磁铁等。

1.2 测量前的准备

1.2.1 将被检工件（异径非同心联箱）放置在可以转动的滚轮座上，用水平尺及吊线夹等工具对工件位置进行调节，使其相线与筒节中心线所构成的平面与地平面平行或垂直，其与地面平行度或垂直度越好，测量误差越小；

1.2.2 检查激光经纬仪经过法定计量单位检校合格且在有效期内，根据工件的大小和现场实际情况选择合适的激光经纬仪放置地点，确保仪器和被检工件之间无障碍物且最近距离大于1.5米。将激光经纬仪放置在三脚架上后打开激光经纬仪检查激光能否正常开关和聚焦，然后检查经纬仪目镜十字线中心点和激光聚焦后光斑中心点是否重合，两者重合方可开始工作。

1.3 测量

1.3.1 I相线直线度的测量，选取筒节1端部A点、筒节4端部B点（如图2所示）。调节激光经纬仪发射一束激光使激光束距离A点、B点的垂直距离均为L，其具体操作方法为：将钢板尺放置在A点处，调整激光扫过A点钢板尺的刻度为L，再将钢板尺放置在B点处，调整激光扫过B点钢板尺的刻度为L，最后复核A、B两点激光扫过钢板尺的距离是否为L。这样就构成了一个两点等高的光线，此时激光经纬仪保持不动，每隔一定距离（此距离需要根据每个制造厂家、合同来确定具体数值）测量I相线到激光的距离LI，同时记录L和LI。

1.3.2 II（IV）相线直线度的测量，首先分别测量图2中H1、H2、H3，注意测量H1、H2、H3的值时选点位置需在大小头端附近，不能在筒节上，另外至少要避开焊缝100mm。然后选取筒节1端部C点、筒节4端部D点（如图2所示）。调节激光光束使其距C点距离为L，距D点距离为H1+H2+H3+L，使激光束与联箱各筒节上II（IV）相线平行。水平或垂直移动激光束（此时激光束的水平或垂直移动应根据工件II（IV）相线测量前工件摆放情况而定，若II（IV）相线在上方则水平移动激光束，若II（IV）相线在两侧则是垂直移动激光束），每隔一定距离测量筒节1上II（IV）相线与激光束距离S1、筒节2上II（IV）相线与激光束距离S2、筒节3上II（IV）相线与激光束距离S3、筒节4上II（IV）相线与激光束距离S4，记录L、H1、H2、H3、S1、S2、S3、S4。

1.3.3 III相线的直线度测量可以参照II（IV）的测量。

1.4 数据的处理

1.4.1 I相线的异径联箱整体直线度：LI与L进行差值比较得出的值取绝对值，其最大值就是I相线筒身整体直线度。

1.4.2 II（IV）相线的异径联箱整体直线度：将S1、S2-H1、S3-H1-H2、S4-H1-H2-H3分别与L进行差值比较得出的值取绝对值，其最大值就是整个联箱在II（IV）相线的直线度。

2 本方法的其他用途

本文所列方法不仅适用于异径不同心联箱直线度的测量，同时也适用于多种结构的联箱及联箱处于不同放置或安装位置的直线度测量，譬如：①等径同心联箱可按照1.3.1对四个相线进行测量。②非等径同心联箱可按照1.3.2对四个相线进行测量。③当联箱处于固定状态无法转动时，只需调整激光束使其与被测相线平行即可测出被测位置的直线度。

3 结语

产品的直线度是衡量产品是否合格的一项重要指标，其会影响到设备的后续现场安装及使用寿命。按照GB150设计、制造及检验的联箱其准确的定义应该为压力容器，其质量的好坏直接影响到人民生命财产的安全，只有制造出合格的产品，人民的生命财产才能得到保障。