核电稳压器翻转工具设计_李亭.pdf

62核电稳压器翻转工具设计李亭王刚李东铭麻琼伟冯浩东方电气（广州）重型机器有限公司，广州 511455摘要：核电稳压器是大型立式设备，运达现场后需从水平状态翻转到竖直状态进行安装。本文设计了用于核电稳压器现场翻转的专用工具，对翻转过程的危险工况进行了安全性分析和评估，并开展了 1.1 倍翻转载荷下全过程模拟翻转试验。试验结果表明，该翻转工具能够承受翻转过程载荷并实现稳压器辅助翻身功能，可用于现场设备翻身。关键词：稳压器；翻转工具；载荷试验中图分类号：TM31文献标识码：A文章编号：1001-9006（2022）04-0062-02Design of the Overturn Device for Nuclear PressurizerLI Ting,WANG Gang,LI Dongming,MA Qiongwei,FENG Hao（Dongfang(Guangzhou)Heavy Machinery Co.,Ltd.,511455,Guangzhou,China）Abstract:Pressurizer is a large vertical equipment,which shall be erected when transported to nuclear plant site.Thispaper designs an overturn device to assistant erecting the pressurizer on site.A safety analysis and evaluation areperformed for the most dangerous conditions,and an erect experiment is performed which simulates the whole process ofthe erecting operation under 1.1 times loads.The result shows that the overturn device designed is capable of bearing theerecting loads and assisting the erecting operation.Key words:pressurizer;overturn device;loading test1收稿日期：2021-05-31作者简介：李亭（1983），男，2007 年毕业于清华大学材料科学与工程专业，硕士，高级工程师。现在东方电气（广州）重型机器有限公司技术部主要从事核安全设备设计研发工作。核电稳压器是大型立式设备，运达现场后需从水平状态翻转到竖直状态进行安装。海阳 AP1000核电项目现场利用 3 台起重机翻转稳压器，首先由3 台起重机将稳压器吊离地面，再由其中 2 台起重机吊住设备底部作为支点，另一台起重机提供动力在空中进行翻转。此种利用多台起重机进行抬吊空翻的方式翻转，由于设备在翻转过程中做三维的空间运动，涉及到多台起重机之间的载荷匹配问题及收、放绳引起的动载荷冲击问题等1，对起重机操作人员要求比较高，翻转操作的安全风险也比较大。因此为稳压器设计专用翻转工具，可提高现场翻转操作的安全性和效率。1翻转工具设计本项目稳压器总重 127 吨，包装后外形尺寸约为 15 700 mm3 900 mm4 100 mm。稳压器采用双鞍座支撑，卧式发运，到达现场后需利用专用翻转工具进行辅助翻身。如稳压器采用同类大型核电产品如 AP1000 反应堆压力容器所用的 J 型架进行辅助翻身2-3，一方面也需要多台起重机辅助，另一方面稳压器底部的电加热器及波动管等结构易受磕碰。故本项目参考 AP1000 蒸汽发生器翻转方案4，翻转工具拟在稳压器底部设置旋转支点，通过起重机起吊稳压器上部实现翻转。为便于现场操作，翻转工具与设备包装及存放支座一起设计，翻转工具兼具运输及存放过程部分支撑功能；设备发运时翻转工具随设备一起发运，减少了现场装拆环节。设计的翻转工具如图 1 所示。稳压器上部设置鞍座进行支撑，底部采用框架对电加热器及脉动管进行防护；底部支撑鞍座与翻DOI:10.13661/ki.issn1001-9006.2022.04.01463转架设计为一体式结构，翻转时一体式翻转支架提供支点，起重机连接稳压器上部耳轴起吊，设备沿底部翻转支架进行旋转直至到达竖直位置，最终实现从水平到竖直的翻转。图 1 翻转工具示意图2翻转过程安全性分析稳压器翻转过程可能存在的风险，一是在上部起吊时，作为基础支撑的翻转支架在起吊力的水平分量作用下发生滑移；二是在上部起吊时翻转支架在起吊力的水平分量作用下发生倾覆。对此分析如下。稳压器在整个翻转过程中要求起吊操作平稳、缓慢，因此可视为准静态过程；翻转过程中吊绳处于竖直状态，允许的最大偏差不大于 5（以下按 5为进行分析）。在整个翻转过程中，稳压器的重量载荷 G 由吊绳和翻转工具共同承担。将稳压器所有载荷分解为水平方向和竖直方向，如图 2 所示，考虑力矩平衡5，则G(L2cos+Rsin)=Fv(L1cos+Rsin）（1）其中：L1、L2、R 为结构尺寸，为稳压器翻转时与水平地面形成的夹角。起吊载荷竖直分量 Fv 及翻转工具支撑载荷 N为：VL2 cossinL2tan=1 cossin1tanRRFGGLRLR+=+（2）L1-L2=1tanVNGFGLR=-+（3）起吊载荷水平分量 FH为cot5HVFF=（4）在 0 90范围内，翻转角度越大，tan越大，翻转工具支撑载荷 N 越小，起吊载荷竖直分量FV越大，起吊可能造成的水平力 FH越大；同时因翻转工具支撑载荷 N 逐渐变小，即对地面的压力减小，摩擦力相应变小。因此翻转角度越大，翻转工具越容易滑动或倾覆。图 2 翻转过程受力分析假设翻转工具仅放置于地面，不采取任何加固措施，则在翻转过程中当吊绳力的水平分量 FH大于翻转工具与地面间的摩擦力 f 时，翻转工具即可能出现滑动。翻转工具不发生滑动校核条件为：fFH。图 3 翻转倾覆力矩及抗倾覆力矩力臂当翻转工具与地面间的摩擦力足够大或翻转工具滑动被阻挡时，在水平载荷很大的情况下，翻转工具可能倾覆（图 3）。水平力最大倾覆力矩为MH=FHH；（5）抗倾覆力矩为MN=NL；（6）翻转工具不发生倾覆校核条件为：MNMH。采用式（5）及式（6）进行设计，确定翻转工具关键尺寸L 及H，当翻转工具不发生滑动条件及不发生倾覆条件均满足时，用于翻转即可避免发生风险。3载荷试验验证为验证翻转工具的功能及承载能力，对翻转工具开展了 1.1 倍翻转载荷下全过程模拟翻转试验。试验时在设备内部加水作为配重，实现 1.1 倍翻转载荷；采用行车起吊稳压器上部耳轴，把稳压器从水平状态翻转到竖直状态，检查后再按原路径回落（下转第 82 页）G824结语（1）选用面向对象的编程语言 VB 开发的塔筒涡振分析软件系统极大地提高了机组设计效率，传统、易出错的手工计算方式耗时大于 2 小时，应用该系统只需 1 分钟；（2）软件操作系统具有良好的人机交互性，可分项计算也可一键式输出计算结果，计算结果高效、可靠；（3）软件各分析模块将整个设计流程无缝自动衔接，同时具备中间计算参数查看功能，用户能在 10 分钟内熟练掌握整个操作流程，该系统的开发思路对制造业设计智能化有一定的借鉴意义；（4）软件系统在海量设计数据管理和辅助功能开发方面还有待进一步完善，对大风轮叶片涡流对塔筒涡流的影响方面也有待进一步研究。参考文献：1 British Standard Institution.EN 1991-1-4:2005.Eurocode 1:Actionson strctures-Part 1-4:General actions-Wind actionsS.April 20052 German Industrial Standards Association.DIN4133-1991:SteelStacksS.November 19913 German Industrial Standards Association.Action on tructures-Part4:Wind Loads(DIN1055-4)S.Beuth Verlag，Berlin,20054 British Standard Institution.Eurocode 3:Design of steel structures(BS/EN 19993-1-9)S.London,BSI,20055 Germanischer Lloyd.-Part 2 GL 2012:Guideline for theCertificationofOffshoreWindTurbinesS.Hamburg:GLRenewables Certification,20126 龙凯,贾娇.大型水平轴风力机塔筒涡激振动焊缝疲劳分析J.太阳能学报,2015,36(10):2455-24597 Li Deyuan,Liu Shengxiang,Huang Xiaohua.Numerical analysis ofvortex-induced vibration of the large scale wind turbine cylindricaltowerJ.Acta Energiae Solaris Sinica,2008,29(11):1432-14378 陈东阳,肖清,顾超杰等.柱体结构涡激振动数值计算J.振动与冲击,2020,39(19):7-12+479 苏洋,李鹏,胡朋等.施工态下塔吊对钢桥塔涡激振动影响的风洞试验J.公路交通科技,2020,37(9):67-72+8910 詹昊,李万平,方秦汉等.不同雷诺数下圆柱绕流仿真计算J.武汉理工大学学报,2008,30(12):129-13211 蔡汉民,李宗成,李相飞.C#开发AutoCAD在盘形槽凸轮参数化绘制中的应用J.机电工程,2019,36(1):40-4312 沈卫华,徐志刚,杨得玉等.基于三维CAD软件SINOVATION梁设计软件开发J.现代制造工程,2018(11):77-8413 陈力,刘关四,丁克勤.起重机械疲劳寿命分析预测软件开发及工程应用J.中国安全生产科学技术,2016,12(9):138-145（上接第 63 页）到水平状态，试验过程如图 4 所示。图 4 试验过程示意图载荷试验按上述方案实施，起吊及回落过程平稳，无咬合、卡死或滑移现象，各零部件无明显变形或失稳，卸载后对各零部件检查，表面状态及尺寸均完好。4结语本文设计了核电稳压器现场翻身专用工具，并开展了 1.1 倍载荷试验验证，试验模拟了稳压器翻转全过程。试验结果表明，该翻转工具能够承受翻转过程载荷并实现稳压器辅助翻身功能，可用于现场设备翻身。参考文献：1王庆春,李玉龙.大型构件吊装翻转过程动载荷分析J.宇航计测技术,2011,31(6):21-242郑东宏,刘宝勇，陈晶晶等.AP1000 反应堆压力容器安装技术J.发电设备,2013，27（6）：401-4053许跃武,高宝宁.AP1000 核电机组反应堆压力容器的安装J.压力容器,2012,29(1):69-744张鹏,高宝宁.AP1000 核电机组蒸汽发生器的吊装J.电站辅机,2012,33(3):35-385赵卫权.塔类设备吊装过程中几个特殊点的受力分析J.化工建设工程,2004,26(2):32-34