海上浮動核電站檢修臨時起重支架計算

梁魁， 徐楚

（中國核動力研究設計院 第一研究所，成都610074）

0 引 言

隨著海上浮動核電站的迅速發展，對海上核電站處于浮動狀態下的機械設備檢修，已經成為一個重要課題[1]。檢修過程中發現，對具有重要功能要求的泵及風機進行檢修時需對電動機、葉輪、泵體等質量較大（1000 kg以內）的零部件進行起重作業。該起重工作存在工作空間受限、工作強度大、任務緊急、可用資源受限、故障發生具有隨機性等現實性難題。由于核電站設備間多存在走廊空間小、走廊多轉彎、設備間入口小等特點，大型或整體設備無法順利進入設備間進行相關起重作業。目前工程上主要依靠人工搬運的起重方式，人工起重方式不僅嚴重影響了起重安全性、精確性、便捷性，還額外增加了工作人員的受照射時間。因此，極有必要開發一套適用于浮動且高劑量輻射環境下的高支撐穩定性、操作便捷、高通用性的臨時起重作業支撐結構。

1 結構介紹

本研究主要應用環境為：1）應用于海上浮動平臺泵及風機設備間，待檢設備兩側留有1 m左右平整水泥走廊；2）具備一定高度調節功能，配合手拉葫蘆完成起重作業；3）單獨零部件質量在25 kg之內，最大尺寸在1 m之內。

該裝置使用方法如下：在工作場所放置防滑支座，安裝下桿，采用銷軸固定連接下桿與防滑支座；將上桿插入下桿的空腔內，調節好支撐高度后，采用高度調節螺母對上桿及下桿固定連接；采用連接螺栓螺母將上桿與承重平臺連接固定；吊鉤滑軌截面為“工”形，可根據使用需求確定起重位置。

圖1 結構設計原理圖

2 理論計算分析

根據浮動平臺設計參數，理論計算過程中取最大晃動極限角度10°為極限計算傾斜角度，1000 kg工作應力集中于設備中心處，工作環境為20 ℃，忽略設備自身質量。以上假設條件為該設備受力常用的使用工況。受力簡圖如圖2所示，根據裝置的對稱性，計算簡化為單條對角線支撐點承重500 kg的支撐梁結構[2]。

圖2 結構受力簡圖

2.1 正應力分析

根據GB4237-2015[3]規定，304不銹鋼20 ℃的許用應力[σ]=137 MPa，單個支腿總受力F總=2500 N，單個支腿受力分解為F水平=425 N，F豎直=2450 N。最大彎矩的截面為中截面，假設A點到C點距離為L中，計算公式為

危險點在中截面上下邊沿，假設矩形截面寬為b=560 mm，截面高度為h=50 mm，則有：

2.2 彎曲切應力計算

由于許用拉應力數值小于許用壓應力，只需計算拉應力。根據國標4237-2015規定，許用拉應力[σt]=520 MPa。

理論計算結果正應力及許用彎曲切應力均在安全使用范圍內，符合使用要求。

表1 數值仿真主要參數設置

3 數值計算分析

采 用ANSYS 仿真軟件對結構進行了網格劃分及參數設置[4-7]，具體參數如表1所示。仿真結果如圖3～圖8所示，仿真結果表明，在承重平臺中心位置施加10 000 N 載荷的情況下，最大變形量在2.7×10-3m以下，平均應力在2×108Pa以下，平均彈性應變在2.6×10-4以下，仿真結果符合安全使用要求。

圖3 結構導入圖

圖4 網格劃分圖

圖5 施加力示意圖

圖6 總變形量圖

圖7 平均應力圖

圖8 平均彈性應變圖

4 結 論

本文完成了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設計，通過數值仿真計算的方法對極限載荷下的應力形變等性能進行了計算。本文采用與鉛垂線成10°的極限傾斜角度模擬海上浮動核電站的浮動狀態，采用純機械機構的方式提高了設備在輻射環境下的穩定性，采用快速組裝的方式減少了放射性環境下的人員受照時間。理論計算及數值計算結果表明，在承重平臺中心位置施加10 000 N載荷的情況下，最大變形量在2.7×10-3m以下，平均應力在2×108Pa以下，平均彈性應變在2.6×10-4以下，仿真結果符合安全使用要求。本文研究結果進一步完善了設備的設計結果，對相關起重支撐結構的研究具有一定借鑒意義。