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2021年12月20日，全球首座具有第四代先進核能系統特征的球床模塊式高溫氣冷堆核電站，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程1號機組成功并網發電，標志著我國成功實現了高溫氣冷堆核電技術的“中國引領”。

上海第一機床廠有限公司（以下簡稱“上海一機床”）作為首座高溫氣冷堆核電站示范工程的重要參建單位之一，歷經多年攻關，通過自主研發，先后攻克多項關鍵技術，為整個項目順利建成提供了堅實的保障。

從上世紀七十年代開始進入核電領域起，上海一機床已成為國內發展歷史最久、交付業績最多、技術路線最廣、裝備能力最強、全球產能最大的專業從事核電站核島主設備——堆內構件、控制棒驅動機構和核燃料裝卸料系統制造的國家高新技術企業。公司已成功實現了二代加、三代AP1000、EPR、華龍一號、國和一號及四代高溫氣冷堆核電主設備產品的批量化交付。

上海一機床最早從上世紀九十年代開始，與清華大學核能與新能源技術研究院合作，研發了10兆瓦高溫氣冷試驗堆的金屬堆內構件設備，為掌握高溫氣冷堆在設計、建造和運行方面的技術打下了堅實的基礎。

高溫氣冷堆是具有第四代核電系統特征的先進堆型，具有固有安全性、發電效率高、系統簡單、用途廣泛等特點。上海一機床在高溫氣冷堆示范工程項目中主要承擔了金屬堆內構件、控制棒系統及吸收球系統三種關鍵設備的制造。

三種關鍵設備的制造過程無成熟經驗加以借鑒，面對全新的要求，在材料、加工、焊接、裝配、測量及試驗等制造的各個環節中，需要進行全新的技術攻關和開發，進行新的驗證和試驗工作。

在設計方、業主方及總包方的大力支持下，上海一機床上下齊心，攻堅克難，成功完成了三種主設備的制造技術攻關，并成功完成了產品交貨。

高溫氣冷堆示范工程金屬堆內構件設備

金屬堆內構件的制造

高溫堆金屬堆內構件在材料、制造要求等方面，均與常規壓水堆有較大區別，高溫堆金屬堆內構件總重約為常規壓水堆重量的2倍。金屬堆內構件的堆芯殼組件比壓水堆堆內構件的吊蘭筒體組件重量更大、尺寸更大、壁厚更薄；筒體總高約為壓水堆的2倍，而主體壁厚卻僅為三分之二左右，因此在加工、焊接、裝配、運輸等各個環節，對整體制造能力提出了更高的要求。

針對高溫氣冷堆示范工程金屬堆內構件的結構特點和要求，上海一機床在堆芯殼的整體制造方案、上下部精密裝配方案、堆芯殼底座的制造方案以及最終的運輸方案等方面進行了深入研究，自主開發了金屬堆內構件制造工藝技術和一系列工藝裝備，滿足了產品的制造及試驗的要求，同時形成了一整套制造工藝。通過一系列自主化研究，上海一機床掌握了多項制造關鍵技術，取得了一系列的創新成果：

1）掌握了筒體焊接變形控制技術，開發了專用的分布式可調節筒體內支撐裝置，研制了堆芯殼立式加工、焊接、熱處理一體式專用加工中心;通過焊接前的精確對中，焊接過程中的3D實時動態測量、調整等關鍵技術，確保了焊后堆芯殼組件的精度。

2）掌握了筒體環段加工技術，自主研制了大型立式一體化專用加工中心和專用的可調式筒內支撐裝置，開發了筒體環段高精度一站式加工、測量工藝方法。

3）掌握了下支承板的制造技術，研發了單件扇形板+組合拼接的“分體+整體輪廓控制加工體系”，開發了專用的“漸進式切削”的加工工藝。

4）掌握了堆芯殼起吊、翻轉運輸技術，創造性的研制了“起吊、翻轉、運輸多工位、多用途的專用裝置”；使該裝置的使用范圍完整的覆蓋了從工廠分段制造至工地現場整體安裝的全部流程，創造性的集成了以往同類裝置的單一使用功能，整合了裝置使用模式，簡化了使用方式，在減輕裝置總重量的同時，確保了筒體的最終精度。

金屬堆內構件制造技術研究被列為國家重大專項，已于2016年成功通過項目驗收。2016年12月，金屬堆內構件的制造通過了中國核能行業協會的科學技術成果鑒定，該設備的制造還獲得了中國核能行業協會二等獎。

控制棒系統的制造

與壓水堆的控制棒驅動機構不同，高溫堆的控制棒系統采用鏈條式驅動的方式。面對首次制造鏈條式驅動控制棒的挑戰，上海一機床與清華研發團隊在研制過程中緊密配合，通力合作，從樣機開發到產品制造，通過廠內的試驗驗證，一起掌握了棒位測量精度的調整、落棒時間的調整驗證、雙繞組步進電機驅動器在線切換功能的研制等關鍵制造技術，自主研發了控制棒系統的先進制造與試驗技術、專用裝備和測量技術，滿足了產品的制造及試驗的要求，同時形成了一整套企業標準及制造工藝。通過對關鍵技術的研究，上海一機床掌握了多項制造與試驗的關鍵技術，取得了一系列的創新成果：

1)自主研發了高溫氣冷堆控制棒系統成套制造技術,包括屏蔽密封筒異形模鍛和加工技術、上密封筒精密焊接技術、錐形封頭等密封面機器人自動堆焊技術、高溫合金環鏈制造技術等，使加工組裝的各零部件尺寸精度均滿足上游圖紙和技術要求。

2)自主研制了控制棒系統整機裝配技術和專用裝備，包括永磁體安裝、渦流限速器安裝、小型測力裝置等，實現了控制棒系統整機的精密裝配，并申請了多項專利。

3)自主設計開發了控制棒系統壓力邊界試驗技術和整機性能試驗技術和裝置，包括壓力試驗回路系統、綜合性能試驗裝置，并建立了整套控制棒系統水壓試驗、氣壓密封試驗及綜合性能試驗技術規范，各項性能指標均滿足設計要求。

2019年12月，控制棒系統制造與試驗關鍵技術研究通過了中國核能行業協會的科學成果鑒定。

高溫氣冷堆示范工程控制棒系統

吸收球系統的制造

從吸收球樣機研制開始，上海一機床就開始與清華大學核研院開展合作。吸收球系統作為高溫堆核電站中專有的關鍵設備，包括驅動機構、供料器等主要部件，在制造過程中，上海一機床與設計團隊密切合作，完成設備的施工圖紙設計及優化，在設備的試驗過程中，一起協作掌握了步進電機和驅動器遠距離通訊調試、射頻導納料位計的研制和試驗、行程測量控制機構的試驗驗證等關鍵技術，針對高溫氣冷堆示范工程吸收球系統的結構特點和要求，自主研發了吸收球系統的先進制造、裝配及試驗技術，滿足了產品的制造及試驗的要求。通過對關鍵技術的研究，上海一機床掌握了多項吸收球系統制造的關鍵技術，取得了一系列的創新成果：

1)自主研發了高溫氣冷堆吸收球系統成套制造技術,包括貯球罐制造技術、供料器制造技術、貯球罐落球管組件制造技術等，使加工組裝的各零部件尺寸精度均滿足上游圖紙和技術要求。

2)開發了吸收球系統整機裝配技術，研制了專用安裝試驗臺架，掌握了吸收球系統驅動機構的精密裝配及試驗技術。

高溫氣冷堆示范工程吸收球系統裝配

上海一機床通過金屬堆內構件、控制棒系統及吸收球系統的研制，成功掌握了該三種設備的關鍵制造技術，對后續高溫堆產業化建造奠定了堅實的基礎。

（作者：邢會平　李翔　郭寶超作者單位：上海第一機床廠有限公司）