泵壳法兰形位尺寸测量方法和测量装置

技术领域

本发明涉及泵壳的大型法兰密封面的形位尺寸测量领域，尤其是涉及一种泵壳法兰形位尺寸测量方法和测量装置。

背景技术

核电站反应堆冷却剂泵的水力部件主要由短节、靠背轮、泵轴、叶轮、热屏组件、导叶等组成。水力部件法兰与泵壳法兰采用石墨缠绕垫静密封技术，为保证密封功能，冷却剂泵水力部件、主法兰、电机支撑及泵壳法兰通过圆周均布的24颗泵壳法兰螺栓紧固，螺栓紧固力矩较大。按照预防性维修策略冷却剂泵水力部件计划20～30年执行更换工作，冷却剂泵泵壳与反应堆冷却剂系统主管道焊接为一体，不作更换。由于长期承受机械及热应力影响，泵壳法兰将在圆周方向和径向产生不同程度的形变，为评估泵壳法兰的形位尺寸满足水力部件更换后的密封要求，需对泵壳法兰面形位尺寸进行测量和评估。

泵壳与水力部件间密封位置为反应堆冷却剂系统的压力边界，因此，法兰面形位尺寸的形位尺寸测量精度显得尤为重要。综上，泵壳法兰形位尺寸测量存在以下难点：

1、泵壳法兰尺寸较大，泵壳无法拆卸，现场空间狭小，无法使用大型精密测量器具进行测量；

2、长时间运行，泵壳内外照射剂量率较高，长时间测量会造成人员意外照射；

3、冷却剂泵水力部件更换为长周期维修项目，正常维修工期占核电站反应堆机组换料大修工期的2/3，如测量和数据后处理耗时较长将造成不必要的时间成本。

以往执行泵壳法兰面形位尺寸测量工艺主要技术思路如下：在泵壳法兰上均匀地贴反光磁片、放置标识杆，使用3D相机对泵壳法兰进行拍照。现场拍摄的照片需返回至生产厂家进行数据后处理及评估，计划工期约2～3天。该测量技术需支付高额的设备租赁费及技术支持费用，同时，测量精度对现场的光照强度依赖性较大，复现性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对相关技术中的上述缺陷，提供一种泵壳法兰形位尺寸测量方法和测量装置，具体如下。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：提供一种泵壳法兰形位尺寸测量方法，包括：

步骤一：将屏蔽塞安装在泵壳的法兰密封面所在一侧的中心开口中，所述屏蔽塞包括安装面，所述安装面与所述法兰的密封面在同一侧，将三坐标测量机安装在所述安装面上，所述三坐标测量机包括底座、可周向旋转地设在所述底座上的旋转臂以及设在所述旋转臂上的测量针，所述旋转臂可按照所述法兰密封面周向旋转地设置；

步骤二：将所述旋转臂按照所述法兰密封面周向旋转，通过所述测量针测量出所述法兰的密封面的多个测量点的坐标数据，所述测量点包括多个位于所述法兰密封面所在一侧的表面的周向等分位置的点，设在每一所述周向等分位置的点包括多个位于径向等分位置的点；

步骤三：根据各个所述测量点的坐标数据计算所述法兰密封面所在一侧的表面的周向平面度和径向平面度。

优选地，在所述步骤一中，所述将所述屏蔽塞安装在所述法兰密封面所在一侧的中心开口中的步骤包括：所述屏蔽塞与所述法兰间隙配合，所述泵壳内部的凸起结构支撑所述屏蔽塞背向所述安装面的一侧。

优选地，所述步骤一包括：在将所述屏蔽塞安装在所述法兰密封面所在一侧的中心开口中后，将基座安装在所述安装面上，然后将所述三坐标测量机安装在所述基座上并调平。

优选地，所述法兰的密封面上设有沿周向延伸的密封槽；在所述步骤二中，所述密封面包括在径向上分别位于所述密封槽外侧和内侧的第一表面和第二表面，所述测量点包括在所述密封槽底面的点、在所述第一表面的点和在所述第二表面的点，进而计算所述密封槽深度，计算所述第一表面和所述第二表面的周向平面度和径向平面度。

优选地，在所述步骤二中，所述法兰密封面所在一侧的表面包括法兰顶面，所述法兰顶面在所述法兰轴向上高于所述法兰的密封面；所述测量点包括在所述法兰顶面的点；

所述步骤三包括：以所述法兰顶面作为测量基准，测量各个测量点的坐标数据。

优选地，所述周向等分位置为24等分位置。

优选地，所述径向等分位置为9等分位置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：提供一种泵壳法兰形位尺寸测量装置，用于实施上述的泵壳法兰形位尺寸测量方法，所述测量装置包括用于安装在泵的泵壳的法兰密封面所在一侧的中心开口中的屏蔽辐射的屏蔽塞以及用于测量所述法兰密封面所在一侧的表面的形位尺寸的三坐标测量机，所述屏蔽塞包括在安装于所述法兰的中心开口中状态下与所述法兰密封面处在同一侧的安装面，所述三坐标测量机设在所述安装面上；所述三坐标测量机包括底座、可周向旋转地设在所述底座上的旋转臂以及设在所述旋转臂上的测量针。

优选地，所述屏蔽塞与所述法兰间隙配合，所述泵壳内部的凸起结构支撑所述屏蔽塞背向所述安装面的一侧。

优选地，包括可拆卸设在所述屏蔽塞的安装面上的基座，所述三坐标测量机设在所述基座上。

实施本发明的技术方案，至少具有以下的有益效果：该泵壳法兰形位尺寸测量装置和测量方法通过屏蔽塞和三坐标测量机的配合，能够实现法兰的密封面所在一侧的表面的形位尺寸的测量，克服大型法兰密封面的形位尺寸测量的难点，缩短泵壳法兰形位尺寸的测量工期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的泵壳法兰形位尺寸测量装置和测量方法中的法兰和测量点的俯视图(图中的圆点表示测量点)。

图2是本发明的泵壳法兰形位尺寸测量装置和法兰在图1中A-A位置的局部剖视图(图中的圆点表示测量点)。

图3是图2的局部视图。

图中的标号表示：三坐标测量机1，底座11，旋转臂12，测量针13，屏蔽塞2，安装面21，基座3，冷却剂泵的泵壳4，凸起结构41，法兰5，第一表面51，第二表面52，密封槽53，法兰顶面54，测量点6，在密封槽底面的点G，在第一表面的点E，在第二表面的点I，在法兰顶面的点B。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。需要理解的是，如果文中出现“上”、“下”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如果文中出现“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。如果文中出现术语“第一”、“第二”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

参见图1-3，本发明的一种实施方式中的泵壳法兰形位尺寸测量装置，用于实施下述泵壳法兰形位尺寸测量方法，该泵壳法兰形位尺寸测量装置包括用于安装在冷却剂泵的泵壳4的法兰5密封面所在一侧的中心开口中的屏蔽塞2以及用于测量法兰5密封面所在一侧的表面的形位尺寸的三坐标测量机1，屏蔽塞2包括在安装于冷却剂泵法兰5的中心开口中状态下与法兰5密封面处在同一侧的安装面21，三坐标测量机1设在安装面21上；三坐标测量机1包括底座11、可周向旋转地设在底座11上的旋转臂12以及设在旋转臂12上向外伸出的用于测量坐标数据的测量针13。屏蔽塞2起到屏蔽辐射的作用，保障测量作业人员的安全，同时屏蔽塞2起到支撑三坐标测量机1的作用，实现三坐标测量机1在冷却剂泵的泵壳4法兰5上的安装。

该泵壳法兰形位尺寸测量装置通过屏蔽塞2和三坐标测量机1的配合，能够实现法兰5的密封面所在一侧的表面的形位尺寸的测量，克服大型的法兰5的密封面的形位尺寸测量的难点，缩短泵壳法兰5形位尺寸的测量工期。该泵壳法兰形位尺寸测量装置能够应用于核电站反应堆冷却剂泵的泵壳的法兰的形位尺寸测量，但不限于此，其它泵壳的大型的法兰5的的形位尺寸也能测量。具体测量方法详见下述泵壳法兰形位尺寸测量方法。

三坐标测量机1能够测量测量点X、Y和Z轴的坐标数据。

优选地，屏蔽塞2为生物屏蔽塞，生物屏蔽塞是指采用能将辐射减到人类允许剂量水平以下的材料制成的塞子。

优选地，安装面21设在屏蔽塞2的轴向一侧，屏蔽塞2沿法兰5的轴向安装入法兰5的中心开口中。

优选地，测量针13包括连接旋转臂12的连接端以及远离旋转臂12的自由端，测量针13朝向法兰5密封面倾斜设置并且自由端比连接端靠近法兰5密封面。

优选地，屏蔽塞2与法兰5间隙配合，泵壳4的内部结构支撑屏蔽塞2背向安装面21的一侧。具体而言，支撑屏蔽塞2的泵壳4内部结构可以是泵壳4内部的凸起结构41(例如朝向中心开口凸起的环状结构)，凸起结构41的位置对应法兰5密封面所在一侧的中心开口，当屏蔽塞2装入所述中心开口中后，凸起结构41支撑屏蔽塞2背向安装面21的一侧。

优选地，测量装置包括设在屏蔽塞2上的基座3，三坐标测量机1设在基座3上。

参见图1-3，本发明的一种实施方式中的一种泵壳法兰形位尺寸测量方法，用于上述的泵壳法兰形位尺寸测量装置，包括：

步骤一：将屏蔽塞2安装在法兰5密封面所在一侧的中心开口中，屏蔽塞2的安装面21与法兰5的密封面在同一侧，将三坐标测量机1安装在安装面21上，旋转臂12可按照法兰5密封面圆周方向旋转地设置；

步骤二：为客观、准确地评估法兰5的形位尺寸，将旋转臂12按照法兰5密封面周向旋转，通过测量针13测量出法兰5的多个测量点6的坐标数据，测量点6包括多个位于法兰5密封面所在一侧的表面的周向等分位置的点，设在每一所述周向等分位置的点包括多个位于径向等分位置的点；

步骤三：根据各个测量点6的坐标数据计算法兰5密封面所在一侧的表面的周向平面度和径向平面度。

优选地，在步骤一中，所述将屏蔽塞2安装在法兰5密封面所在一侧的中心开口中的步骤包括：屏蔽塞2与法兰5间隙配合，泵壳4的内部结构支撑屏蔽塞2背向安装面21的一侧。具体而言，支撑屏蔽塞2的泵壳4内部结构可以是泵壳4内部的凸起结构41，凸起结构41的位置对应法兰5密封面所在一侧的中心开口，当屏蔽塞2装入所述中心开口中时，所述凸起结构41支撑屏蔽塞2背向所述安装面21的一侧。

优选地，步骤一包括：在将屏蔽塞2安装在法兰5密封面所在一侧的中心开口中后，将基座3安装在安装面21上，然后将三坐标测量机1安装在基座3上并调平。

优选地，步骤二包括：先在法兰5的密封面所在一侧的表面上标识出测量点6，然后通过测量针13测量出法兰5的测量点6的坐标数据。

优选地，法兰5的密封面上设有沿周向延伸的密封槽53；在步骤二中，密封面包括在径向上分别位于密封槽53外侧和内侧的第一表面51和第二表面52，测量点6包括在密封槽53底面的点G、在第一表面51的点E和在第二表面52的点I，进而计算密封槽53深度ε，以确认深度满足设计要求，计算第一表面51和第二表面52的周向平面度和径向平面度。

优选地，在步骤二中，法兰5密封面所在一侧的表面包括法兰顶面54，法兰顶面54在法兰5轴向上高于法兰5的密封面，换言之，法兰5的密封面所在的一侧设有密封面和法兰顶面54，密封面上设有密封槽53；测量点6包括在法兰顶面54的点B；

由于法兰顶面54的变形量极小，所以步骤三包括：以法兰顶面54作为测量基准，测量各个测量点6的坐标数据。

优选地，步骤二中，坐标数据为在法兰5轴向上的坐标数据，也即三坐标测量机1定义的Z轴坐标数据。

优选地，所述周向等分位置为24等分位置，即在法兰上沿密封面周向进行24等分，测量点6位于每一等分位置上。

优选地，所述径向等分位置为9等分位置即在法兰的每一所述周向等分位置处，沿径向进行9等分，测量点6位于每一等分位置上，例如在图1-2的实施例中，在每一所述周向等分位置处，沿径向分布的测量点6包括：在密封槽53底面的三个测量点——G1、G2和G3，在第一表面51的两个测量点——E1和E2，在第二表面52的三个测量点——I1、I2和I3，以及在泵壳顶面的一个测量点B1。

优选地，步骤三包括：使用EXCEL公式功能完成法兰5表面的径向平面度和周向平面度的计算。

具体而言，通过步骤二的测量得到所有测量点的Z轴数据矩阵：

在第一表面51的测量点：

在密封槽53底面的测量点：

在第二表面52的测量点：

在EXCEL中导入上述数据矩阵，利用EXCEL中已编辑的计算公式快速计算出泵壳形位尺寸：

密封槽53的深度

第一表面51面的平面度：

径向平面度＝max[|E1

i＝1,2,3,...,24,当计算角标＞24时，角标需减去24.

密封槽53底面的平面度：

径向平面度＝max[max(G1

i＝1,2,3,...,24,当计算角标＞24时，角标需减去24.

第二表面52的平面度：

径向平面度＝max[max(I1

i＝1,2,3,...,24,当计算角标＞24时，角标需减去24。

该泵壳法兰形位尺寸测量方法通过屏蔽塞2和三坐标测量机1的配合，能够实现法兰5的密封面所在一侧的表面的形位尺寸的测量，克服大型的法兰5密封面的形位尺寸测量的难点，缩短泵壳法兰5形位尺寸的测量工期。该泵壳法兰形位尺寸测量方法能够应用于核电站反应堆冷却剂泵的泵壳的法兰的形位尺寸测量，但不限于此，其它泵壳的大型的法兰5的的形位尺寸也能测量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。