適用于浮動(dòng)核電站檢修時(shí)臨時(shí)起重支架設(shè)計(jì)

梁魁

摘? ?要：本文針對(duì)海上浮動(dòng)核電站檢修工程中工作空間小、輻射劑量大、資源受限、平臺(tái)浮動(dòng)等基本問題，提出了一套便攜式、高通用性的臨時(shí)起重支架。采用調(diào)整支撐桿高度的方式，提高對(duì)不同地基高度使用的要求;采用自由組裝的結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備的便攜性及使用便捷性;采用軌道優(yōu)化的方式，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)起吊的功能;采用螺栓螺母鎖緊鏈接的方式，滿足安全及穩(wěn)定性的要求。為了滿足設(shè)備材料的穩(wěn)定性及成本性，以304不銹鋼為主體材料，結(jié)合有限元仿真軟件，對(duì)1000kg載荷作用下的主要結(jié)構(gòu)的主要性能進(jìn)行了計(jì)算分析，給出了相關(guān)計(jì)算的具體參數(shù)，仿真結(jié)果表明該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)小空間環(huán)境內(nèi)檢修過程中設(shè)備（1000kg以內(nèi)）的臨時(shí)起重作業(yè)，對(duì)浮動(dòng)環(huán)境下的起重作業(yè)提供一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：浮動(dòng)核電站? 小空間? 檢修? 起重? Ansys

中圖分類號(hào)：TH12? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）12（a）-0124-03

Abstract： This paper proposes a portable and highly versatile temporary lifting bracket for the basic problems of small working space， large radiation dose， limited resources and platform floating in the offshore floating nuclear power plant maintenance project. Adopting the method of adjusting the height of the support bar to improve the requirements for the use of different foundation heights; adopting the freely assembled structure to improve the portability and ease of use of the equipment; adopting the track optimization method to realize the function of multi-point lifting; using bolt and nut lock The way of tight links meets the requirements of safety and stability. In order to meet the stability and cost of equipment materials， 304 stainless steel was used as the main material， combined with finite element simulation software， the main performance of the main structure under 1000kg load was calculated and analyzed， and the specific parameters of the calculation were given. The results show that the design can realize the temporary lifting operation of the equipment （within 1000Kg） during the maintenance process in a small space environment， and provide some reference for the lifting operation under the floating environment.

Key words： Floating nuclear power plant; Small space; Maintenance; Lifting; Ansys

2016年，我國(guó)唯一具備完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海上浮動(dòng)核電站立項(xiàng)，國(guó)家發(fā)展改革委正式復(fù)函同意中核集團(tuán)申報(bào)的ACP100S、中廣核的ACPR50S、中船重工的國(guó)家海洋核動(dòng)力平臺(tái)示范工程被納入能源科技創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃[1-4]。

海上浮動(dòng)核電站是利用海上浮動(dòng)平臺(tái)（如船舶）建造的可移動(dòng)的核電站，其具有模塊化、小型化、一體化等新型技術(shù)的小型堆。隨著海上浮動(dòng)核電站的迅速發(fā)展，對(duì)海上核電站處于浮動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)械設(shè)備檢修，已經(jīng)成為海上浮動(dòng)核電站研究的一個(gè)重要課題[5]。目前，對(duì)海上浮動(dòng)核電站檢修工具的研究國(guó)內(nèi)處于起步階段，對(duì)較大設(shè)備（1000kg以內(nèi)）的起重研究更是較少，起重作業(yè)主要依靠人工及簡(jiǎn)易設(shè)備完成，嚴(yán)重影響了起重安全性、精確性、便捷性等技術(shù)要求。因此，極有必要開發(fā)一套適用于浮動(dòng)且高劑量環(huán)境下的高支撐穩(wěn)定性、操作便捷、高通用性的臨時(shí)起重作業(yè)支撐結(jié)構(gòu)。

1? 研究背景

海上核電站主要由第一回路、第二回路、循環(huán)水回路組成，各個(gè)回路中都存在泵、閥門、大型管路等較重的設(shè)備[5]。海上浮動(dòng)核電站的風(fēng)機(jī)、泵體、大型管道及閥門等設(shè)備故障的發(fā)生存在偶然、突發(fā)、影響大等特點(diǎn)，造成工作人員對(duì)故障的處理存在響應(yīng)慢、資源受限、工作空間受限、設(shè)備晃動(dòng)等現(xiàn)實(shí)性問題。目前，在處理類似設(shè)備檢修過程中的起重作業(yè)時(shí)，主要依靠人工“扛、拉、拽”等基本手段[6]，由于海上浮動(dòng)核電站檢修標(biāo)準(zhǔn)，既要滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、船舶標(biāo)準(zhǔn)又要滿足核電標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)核級(jí)設(shè)備的檢修標(biāo)準(zhǔn)要求較高。傳統(tǒng)的起重作業(yè)方法嚴(yán)重影響了設(shè)備起重過程中的安全性、穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性等基本起重要求[7]。表1給出了通用起重支撐設(shè)備及優(yōu)缺點(diǎn)分析，現(xiàn)有成熟產(chǎn)品不適合應(yīng)用于海上浮動(dòng)核電站的臨時(shí)起重作業(yè)?；谝陨涎芯勘尘埃岢隽艘惶走m用于海上浮動(dòng)核電站檢修時(shí)質(zhì)量較大的設(shè)備臨時(shí)起吊的支撐結(jié)構(gòu)。

2? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)整體采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)、部件拼裝、銷連接、螺栓固定的設(shè)計(jì)思路。設(shè)計(jì)三維結(jié)構(gòu)圖如圖1-圖4所示。

1-承重平臺(tái)? 2-鎖緊墊片? 3-鎖緊螺母? 4-高度調(diào)節(jié)螺栓及螺母? 5-角度調(diào)節(jié)板? 6-吊鉤滑軌? 7-加強(qiáng)筋? 8-連接螺栓及螺母? 9-防脫落螺栓及螺母? 10-防滑支座? 11-連接螺栓螺母? 12-下桿

該裝置使用方法如下：在工作場(chǎng)所放置防滑支座（10），安裝下桿（12），采用連接螺栓及螺母（11），固定連接下桿與防滑支座;將上桿插入下桿的內(nèi)空腔內(nèi)，調(diào)節(jié)好支撐高度后，采用高度調(diào)節(jié)螺母（4）對(duì)上桿及下桿固定連接;采用連接螺栓螺母（8）將上桿與角度調(diào)節(jié)板（5）連接固定;旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母（3），選擇45°或90°或135°的合適角度后，將鎖緊墊片（2）與對(duì)應(yīng)的角度調(diào)節(jié)板的平面緊密鎖緊;吊鉤滑軌（6）為“工”型，可根據(jù)需要安裝不同規(guī)格吊具。

3? 仿真計(jì)算

采用Ansys仿真軟件，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了網(wǎng)格劃分及參數(shù)設(shè)置[9-13]，具體參數(shù)如表2所示。仿真結(jié)果如圖5至圖10所示，仿真結(jié)果表明，在承重平臺(tái)中心位置施加10000N載荷的情況下，最大變形量在4.04×10-5m以下，平均應(yīng)力在2.3×107Pa以下，平均彈性應(yīng)變?cè)?×10-5m/m以下，仿真結(jié)果符合安全使用要求。

4? 結(jié)語

本文提出了一套適用于海上浮動(dòng)核電站檢修過程中設(shè)備起重的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)采用純機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用多部件快速組裝的支撐結(jié)構(gòu)，采用螺栓螺母鎖緊的連接結(jié)構(gòu)，滿足了高劑量環(huán)境下設(shè)備的安全性及穩(wěn)定性，滿足了浮動(dòng)環(huán)境下設(shè)備結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，滿足了突發(fā)狀況下應(yīng)急響應(yīng)的時(shí)效性，滿足了設(shè)備高通用性及便攜性，滿足了小空間及復(fù)雜空間的適用性等技術(shù)要求。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，在1000kg載荷作用下，最大變形量在4.04×10-5m以下，平均應(yīng)力在2.3×107Pa以下，平均彈性應(yīng)變?cè)?×10-5m/m以下，仿真結(jié)果符合安全使用要求。該研究思路可對(duì)其他小空間、復(fù)雜工況的支撐結(jié)構(gòu)的研究提供借鑒意義。

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