壓力容器提升裝置的功能設計

朱輝

摘 要：從設備要完成的功能指標出發，參照同類設備的相關設計經驗，結合與該功能有關的系統輸入，進行理論計算和結構設計，通過功能實現的評價，得到設計的提升裝置能夠滿足設備使用要求的結論。

關鍵詞：反應堆；壓力容器；提升裝置

中圖分類號：TH49 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0093-02

機械設備的設計都要根據要完成的功能指標進行，在某反應堆壓力容器的底部，有一些提升重物需要經過提升裝置的作用，實現高度上的提升。為了配合設備其他功能，對提升行程和提升時間都有相關的指標要求。提升裝置的功能設計，就是依據功能指標進行的結構設計。

1 提升裝置的功能描述

提升裝置安裝在反應堆壓力容器的上部法蘭面，初步設計的提升裝置主要由提升電機及中間傳動鏈組成。傳動鏈的末端通過連接桿與容器底部的承重平板相連，而提升重物又固定安裝在承重平板上。提升裝置的相關接口及功能如圖1所示。

提升裝置的功能目標就是通過電機的帶動作用，經過中間傳動鏈的傳遞，將位于反應堆容器底部的提升重物勻速提升一定高度H，為該設備完成其他功能的操作提供前提條件。

2 提升功能指標

根據設備整體要實現的各功能要求，確定提升裝置提升功能主要指標如下：（1）提升行程為H；（2）提升時間為T。根據確定的功能指標進行電機選型、傳動鏈零件設計[1]，設計完成后進行必要的分析、計算，以判斷各零部件在滿足自身結構完整性的前提下，能否實現上述指標，為設備的整體功能服務。

3 相關結構設計

為了完成提升功能，從下部提升重物至上部傳動系統，整個提升線上的零部件之間應能實現可靠連接、有效傳動。提升線上的主要零部件包括：提升重物、承重平板、連接桿、傳動鏈齒輪齒條等零件，相鄰零件之間的接口設計均考慮了可靠連接的要求，部分相鄰接口設計介紹如下。

3.1 提升重物與承重平板的連接

為了實現提升功能，首先需要將提升重物固定安裝在承重平板上。承重平板的開孔設計成“卡槽式”（見圖2）形式，可以實現提升重物的快速裝配、連接。

提升重物插入承重平板后，提升重物支承面與承重平板的上端面接觸，此時提升重物不能繼續下插。將提升重物旋轉一定角度后，提升重物上的導向套筒隨定位鍵向下滑落，定位鍵插入承重平板開孔的鍵槽內，此時提升重物呈“鎖緊”狀態，上下方向的位移被限制，同時不能發生相對轉動。

3.2 連接桿分段之間的連接

連接桿設計為分段結構，一端設計為外螺紋，一端為內螺紋，螺紋的規格根據軸向所受載荷進行設計計算[2]，相鄰連接桿裝配時采用定距套、防轉銷。由于裝配后需要對承重平板的水平度進行調節，因此連接桿的連接長度需要微調，定距套的寬度尺寸是現場配作，用于調節連接桿在軸向方向的總長度，以便連接桿末端與承重平板順利實現螺紋連接。為了減小整個連接桿組件在徑向方向的偏差，設計孔軸配合的結構來起到限位的作用。在連接桿軸向方向的總長度確定后，在相鄰連接桿螺紋連接位置配作銷孔，裝防轉銷，相鄰連接的連接桿實現有效連接，同時不會發生相對轉動（見圖3）。

3.3 末級齒輪與連接桿的連接

傳動鏈系統升降齒條的升降運動是通過提升裝置末級齒輪的驅動來實現，升降齒條的末端與連接桿通過螺紋連接（見圖4）。當末級齒輪的驅動力大于附加在升降齒條上的阻力，齒條能夠發生上下移動。驅動齒輪順時針轉動，可以帶動齒條向下運動，反之，可以帶動齒條向上運動。為了保證提升齒條穩步提升，設置側邊支承輪結構，齒條在運動過程中可以保持良好的對中性。

傳動鏈系統其他各零件連接方式為：齒輪-齒輪，齒輪-傳動軸，渦輪-蝸桿。齒輪與傳動軸如果是對接，中間采用齒式聯軸器作為連接件，如果齒輪套接在傳動軸上，采用花鍵的結構形式[3]，保證齒輪與傳動軸的固定連接。

4 功能實現及評價

提升運動功能是提升重物在提升裝置傳動系統的作用下，隨承重平板、連接桿一起實現升降運動，提升功能的實現就是對功能指標的匹配，能夠實現提升功能各個指標，即實現了整個提升運動功能。

4.1 “提升行程為H”的實現

提升裝置首先具備基本的驅動力，即在提升的負載確定后，傳動系統首先能夠讓提升重物“動起來”。提升負載、沖擊載荷后，進行傳動鏈零件設計，保證傳動鏈上的各零件在滿足強度的要求下，具備足夠的提升能力。通過計算，選定的提升電機的額定功率大于負載（提升重物）所需的電機功率，所以當提升裝置的電機工作時，經過傳動鏈上各齒輪的傳遞作用，能夠帶動承重平板和提升重物一起實現提升。當提升目標部件升高H行程后，電機停止工作，提升行程指標順利實現。

4.2 “提升時間為T”的實現

根據提升裝置傳動原理，進行傳動鏈詳細設計，確定每級各個齒輪的參數[1]，能夠實現提升電機工作在一定轉速時，經過傳動系統的傳動鏈作用，提升重物升高H距離所需的時間為T，能夠實現提升時間的指標要求。

經過提升裝置相關部件的結構設計，傳動鏈計算與設計，最終設計的提升裝置能夠實現提升行程和提升時間的功能指標要求，設計是合理可行的。

參考文獻：

[1]成大先.機械設計手冊[M].北京：化工出版社，2016，3.

[2]郭可謙，楊育中，佘公藩，等.緊固件連接設計手冊[M]，北京：國防工業出版社，1996.

[3]邱宣懷.機械設計[M].北京：高等教育出版社，1997，7.endprint