海上浮动核电站检修临时起重支架计算

梁魁， 徐楚

（中国核动力研究设计院 第一研究所，成都610074）

0 引 言

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，已经成为一个重要课题[1]。检修过程中发现，对具有重要功能要求的泵及风机进行检修时需对电动机、叶轮、泵体等质量较大（1000 kg以内）的零部件进行起重作业。该起重工作存在工作空间受限、工作强度大、任务紧急、可用资源受限、故障发生具有随机性等现实性难题。由于核电站设备间多存在走廊空间小、走廊多转弯、设备间入口小等特点，大型或整体设备无法顺利进入设备间进行相关起重作业。目前工程上主要依靠人工搬运的起重方式，人工起重方式不仅严重影响了起重安全性、精确性、便捷性，还额外增加了工作人员的受照射时间。因此，极有必要开发一套适用于浮动且高剂量辐射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 结构介绍

本研究主要应用环境为：1）应用于海上浮动平台泵及风机设备间，待检设备两侧留有1 m左右平整水泥走廊；2）具备一定高度调节功能，配合手拉葫芦完成起重作业；3）单独零部件质量在25 kg之内，最大尺寸在1 m之内。

该装置使用方法如下：在工作场所放置防滑支座，安装下杆，采用销轴固定连接下杆与防滑支座；将上杆插入下杆的空腔内，调节好支撑高度后，采用高度调节螺母对上杆及下杆固定连接；采用连接螺栓螺母将上杆与承重平台连接固定；吊钩滑轨截面为“工”形，可根据使用需求确定起重位置。

图1 结构设计原理图

2 理论计算分析

根据浮动平台设计参数，理论计算过程中取最大晃动极限角度10°为极限计算倾斜角度，1000 kg工作应力集中于设备中心处，工作环境为20 ℃，忽略设备自身质量。以上假设条件为该设备受力常用的使用工况。受力简图如图2所示，根据装置的对称性，计算简化为单条对角线支撑点承重500 kg的支撑梁结构[2]。

图2 结构受力简图

2.1 正应力分析

根据GB4237-2015[3]规定，304不锈钢20 ℃的许用应力[σ]=137 MPa，单个支腿总受力F总=2500 N，单个支腿受力分解为F水平=425 N，F竖直=2450 N。最大弯矩的截面为中截面，假设A点到C点距离为L中，计算公式为

危险点在中截面上下边沿，假设矩形截面宽为b=560 mm，截面高度为h=50 mm，则有：

2.2 弯曲切应力计算

由于许用拉应力数值小于许用压应力，只需计算拉应力。根据国标4237-2015规定，许用拉应力[σt]=520 MPa。

理论计算结果正应力及许用弯曲切应力均在安全使用范围内，符合使用要求。

表1 数值仿真主要参数设置

3 数值计算分析

采 用ANSYS 仿真软件对结构进行了网格划分及参数设置[4-7]，具体参数如表1所示。仿真结果如图3～图8所示，仿真结果表明，在承重平台中心位置施加10 000 N 载荷的情况下，最大变形量在2.7×10-3m以下，平均应力在2×108Pa以下，平均弹性应变在2.6×10-4以下，仿真结果符合安全使用要求。

图3 结构导入图

图4 网格划分图

图5 施加力示意图

图6 总变形量图

图7 平均应力图

图8 平均弹性应变图

4 结 论

本文完成了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设计，通过数值仿真计算的方法对极限载荷下的应力形变等性能进行了计算。本文采用与铅垂线成10°的极限倾斜角度模拟海上浮动核电站的浮动状态，采用纯机械机构的方式提高了设备在辐射环境下的稳定性，采用快速组装的方式减少了放射性环境下的人员受照时间。理论计算及数值计算结果表明，在承重平台中心位置施加10 000 N载荷的情况下，最大变形量在2.7×10-3m以下，平均应力在2×108Pa以下，平均弹性应变在2.6×10-4以下，仿真结果符合安全使用要求。本文研究结果进一步完善了设备的设计结果，对相关起重支撑结构的研究具有一定借鉴意义。