適用于浮動核電站檢修時臨時起重支架設計

梁魁

摘? ?要：本文針對海上浮動核電站檢修工程中工作空間小、輻射劑量大、資源受限、平臺浮動等基本問題，提出了一套便攜式、高通用性的臨時起重支架。采用調整支撐桿高度的方式，提高對不同地基高度使用的要求;采用自由組裝的結構，提高設備的便攜性及使用便捷性;采用軌道優(yōu)化的方式，實現(xiàn)多點起吊的功能;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。為了滿足設備材料的穩(wěn)定性及成本性，以304不銹鋼為主體材料，結合有限元仿真軟件，對1000kg載荷作用下的主要結構的主要性能進行了計算分析，給出了相關計算的具體參數(shù)，仿真結果表明該設計可實現(xiàn)小空間環(huán)境內檢修過程中設備（1000kg以內）的臨時起重作業(yè)，對浮動環(huán)境下的起重作業(yè)提供一定的借鑒意義。

關鍵詞：浮動核電站? 小空間? 檢修? 起重? Ansys

中圖分類號：TH12? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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，我國唯一具備完整自主知識產權的海上浮動核電站立項，國家發(fā)展改革委正式復函同意中核集團申報的ACP100S、中廣核的ACPR50S、中船重工的國家海洋核動力平臺示范工程被納入能源科技創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃[1-4]。

海上浮動核電站是利用海上浮動平臺（如船舶）建造的可移動的核電站，其具有模塊化、小型化、一體化等新型技術的小型堆。隨著海上浮動核電站的迅速發(fā)展，對海上核電站處于浮動狀態(tài)下的機械設備檢修，已經成為海上浮動核電站研究的一個重要課題[5]。目前，對海上浮動核電站檢修工具的研究國內處于起步階段，對較大設備（1000kg以內）的起重研究更是較少，起重作業(yè)主要依靠人工及簡易設備完成，嚴重影響了起重安全性、精確性、便捷性等技術要求。因此，極有必要開發(fā)一套適用于浮動且高劑量環(huán)境下的高支撐穩(wěn)定性、操作便捷、高通用性的臨時起重作業(yè)支撐結構。

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，各個回路中都存在泵、閥門、大型管路等較重的設備[5]。海上浮動核電站的風機、泵體、大型管道及閥門等設備故障的發(fā)生存在偶然、突發(fā)、影響大等特點，造成工作人員對故障的處理存在響應慢、資源受限、工作空間受限、設備晃動等現(xiàn)實性問題。目前，在處理類似設備檢修過程中的起重作業(yè)時，主要依靠人工“扛、拉、拽”等基本手段[6]，由于海上浮動核電站檢修標準，既要滿足行業(yè)標準、船舶標準又要滿足核電標準，對核級設備的檢修標準要求較高。傳統(tǒng)的起重作業(yè)方法嚴重影響了設備起重過程中的安全性、穩(wěn)定性、精準性等基本起重要求[7]。表1給出了通用起重支撐設備及優(yōu)缺點分析，現(xiàn)有成熟產品不適合應用于海上浮動核電站的臨時起重作業(yè)。基于以上研究背景，提出了一套適用于海上浮動核電站檢修時質量較大的設備臨時起吊的支撐結構。

2? 結構設計

本設計整體采用純機械結構、部件拼裝、銷連接、螺栓固定的設計思路。設計三維結構圖如圖1-圖4所示。

1-承重平臺? 2-鎖緊墊片? 3-鎖緊螺母? 4-高度調節(jié)螺栓及螺母? 5-角度調節(jié)板? 6-吊鉤滑軌? 7-加強筋? 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空腔內，調節(jié)好支撐高度后，采用高度調節(jié)螺母（4）對上桿及下桿固定連接;采用連接螺栓螺母（8）將上桿與角度調節(jié)板（5）連接固定;旋轉鎖緊螺母（3），選擇45°或90°或135°的合適角度后，將鎖緊墊片（2）與對應的角度調節(jié)板的平面緊密鎖緊;吊鉤滑軌（6）為“工”型，可根據需要安裝不同規(guī)格吊具。

3? 仿真計算

采用Ansys仿真軟件，對結構進行了網格劃分及參數(shù)設置[9-13]，具體參數(shù)如表2所示。仿真結果如圖5至圖10所示，仿真結果表明，在承重平臺中心位置施加10000N載荷的情況下，最大變形量在4.04×10-5m以下，平均應力在2.3×107Pa以下，平均彈性應變在9×10-5m/m以下，仿真結果符合安全使用要求。

4? 結語

本文提出了一套適用于海上浮動核電站檢修過程中設備起重的臨時支撐結構，該設計采用純機械機構設計，采用多部件快速組裝的支撐結構，采用螺栓螺母鎖緊的連接結構，滿足了高劑量環(huán)境下設備的安全性及穩(wěn)定性，滿足了浮動環(huán)境下設備結構的穩(wěn)定性，滿足了突發(fā)狀況下應急響應的時效性，滿足了設備高通用性及便攜性，滿足了小空間及復雜空間的適用性等技術要求。數(shù)值計算結果表明，在1000kg載荷作用下，最大變形量在4.04×10-5m以下，平均應力在2.3×107Pa以下，平均彈性應變在9×10-5m/m以下，仿真結果符合安全使用要求。該研究思路可對其他小空間、復雜工況的支撐結構的研究提供借鑒意義。

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