适用于浮动核电站检修时临时起重支架设计

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　　摘   要：本文针对海上浮动核电站检修工程中工作空间小、辐射剂量大、资源受限、平臺浮动等基本问题，提出了一套便携式、高通用性的临时起重支架。采用调整支撑杆高度的方式，提高对不同地基高度使用的要求;采用自由组装的结构，提高设备的便携性及使用便捷性;采用轨道优化的方式，实现多点起吊的功能;采用螺栓螺母锁紧链接的方式，满足安全及稳定性的要求。为了满足设备材料的稳定性及成本性，以304不锈钢为主体材料，结合有限元仿真软件，对1000kg载荷作用下的主要结构的主要性能进行了计算分析，给出了相关计算的具体参数，仿真结果表明该设计可实现小空间环境内检修过程中设备（1000kg以内）的临时起重作业，对浮动环境下的起重作业提供一定的借鉴意义。
　　关键词：浮动核电站  小空间  检修  起重  Ansys
　　中图分类号：TH12                                 文献标识码：A                        文章编号：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，我国唯一具备完整自主知识产权的海上浮动核电站立项，国家发展改革委正式复函同意中核集团申报的ACP100S、中广核的ACPR50S、中船重工的国家海洋核动力平台示范工程被纳入能源科技创新“十三五”规划[1-4]。
　　海上浮动核电站是利用海上浮动平台（如船舶）建造的可移动的核电站，其具有模块化、小型化、一体化等新型技术的小型堆。随着海上浮动核电站的迅速发展，对海上核电站处于浮动状态下的机械设备检修，已经成为海上浮动核电站研究的一个重要课题[5]。目前，对海上浮动核电站检修工具的研究国内处于起步阶段，对较大设备（1000kg以内）的起重研究更是较少，起重作业主要依靠人工及简易设备完成，严重影响了起重安全性、精确性、便捷性等技术要求。因此，极有必要开发一套适用于浮动且高剂量环境下的高支撑稳定性、操作便捷、高通用性的临时起重作业支撑结构。
　　1  研究背景
　　海上核电站主要由第一回路、第二回路、循环水回路组成，各个回路中都存在泵、阀门、大型管路等较重的设备[5]。海上浮动核电站的风机、泵体、大型管道及阀门等设备故障的发生存在偶然、突发、影响大等特点，造成工作人员对故障的处理存在响应慢、资源受限、工作空间受限、设备晃动等现实性问题。目前，在处理类似设备检修过程中的起重作业时，主要依靠人工“扛、拉、拽”等基本手段[6]，由于海上浮动核电站检修标准，既要满足行业标准、船舶标准又要满足核电标准，对核级设备的检修标准要求较高。传统的起重作业方法严重影响了设备起重过程中的安全性、稳定性、精准性等基本起重要求[7]。表1给出了通用起重支撑设备及优缺点分析，现有成熟产品不适合应用于海上浮动核电站的临时起重作业。基于以上研究背景，提出了一套适用于海上浮动核电站检修时质量较大的设备临时起吊的支撑结构。 　　2  结构设计
　　本设计整体采用纯机械结构、部件拼装、销连接、螺栓固定的设计思路。设计三维结构图如图1-图4所示。
　　1-承重平台  2-锁紧垫片  3-锁紧螺母  4-高度调节螺栓及螺母  5-角度调节板  6-吊钩滑轨  7-加强筋  8-连接螺栓及螺母  9-防脱落螺栓及螺母  10-防滑支座  11-连接螺栓螺母  12-下杆
　　该装置使用方法如下：在工作场所放置防滑支座（10），安装下杆（12），采用连接螺栓及螺母（11），固定连接下杆与防滑支座;将上杆插入下杆的内空腔内，调节好支撑高度后，采用高度调节螺母（4）对上杆及下杆固定连接;采用连接螺栓螺母（8）将上杆与角度调节板（5）连接固定;旋转锁紧螺母（3），选择45°或90°或135°的合适角度后，将锁紧垫片（2）与对应的角度调节板的平面紧密锁紧;吊钩滑轨（6）为“工”型，可根据需要安装不同规格吊具。
　　3  仿真计算
　　采用Ansys仿真软件，对结构进行了网格划分及参数设置[9-13]，具体参数如表2所示。仿真结果如图5至图10所示，仿真结果表明，在承重平台中心位置施加10000N载荷的情况下，最大变形量在4.04×10-5m以下，平均应力在2.3×107Pa以下，平均弹性应变在9×10-5m/m以下，仿真结果符合安全使用要求。
　　4  结语
　　本文提出了一套适用于海上浮动核电站检修过程中设备起重的临时支撑结构，该设计采用纯机械机构设计，采用多部件快速组装的支撑结构，采用螺栓螺母锁紧的连接结构，满足了高剂量环境下设备的安全性及稳定性，满足了浮动环境下设备结构的稳定性，满足了突发状况下应急响应的时效性，满足了设备高通用性及便携性，满足了小空间及复杂空间的适用性等技术要求。数值计算结果表明，在1000kg载荷作用下，最大变形量在4.04×10-5m以下，平均应力在2.3×107Pa以下，平均弹性应变在9×10-5m/m以下，仿真结果符合安全使用要求。该研究思路可对其他小空间、复杂工况的支撑结构的研究提供借鉴意义。
　　参考文献
　　[1] 张丽芳.海上浮动核电站控制阀可靠性与稳定性研究[D].兰州理工大学，2018.
　　[2] Hu M，Guo Y.The core instability analysis under occan condition for offshore floating nuclear power plant with neutron coupling based on multi-point mode[J].Annals of Nuclear Energy，2018（112）：170-176.
　　[3] Floating Nuclear Power Plants Might be the Future of Energy[J].Nuclear Waste News，2014.
　　[4] 李佳佳，劉峰，杨龙霞.基于技术预见方法的海上浮动核电站关机技术[J].船舶工程，2017（4）：1-6.
　　[5] 中核.我国完全自主知识产权的海上浮动核电站立项[J].军民两用技术与产品，2016（3）：35.
　　[6] 郑远，杨波，李佰贵.一种泥浆泵维修专用工具的设计[J].机械，2012，39（1）：70-72.
　　[7] 张志鹏.浅谈起重机械的安全管理技术[J].机械，2006（S1）：165-166.
　　[8] 苏志伟，李福春，彭军，等.高通用性的便携式高空作业平台设计[J].机械，2019，46（2）：72-76.
　　[9] 苏志伟，李福春.高通用性的便携式高空作业平台设计[J].机械，2019，46（2）：72-76.
　　[10]田可庆，张坤，吴宇，等.KB20型自走式路缘石滑模机机架建模与仿真分析[J].科技创新导报，2018，15（33）：83-85.
　　[11]王莹.船舶异常行为的界定与仿真分析[J].科技创新导报，2015，12（22）：142-143.
　　[12]孙新城.基于自适应模糊控制的汽车悬架的仿真分析[J].科技创新导报，2012（29）：17-18.
　　[13]中国国家标准化管理委员会.GB/T 3280-2015，不锈钢冷轧钢板和钢带[S].2016.
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