反應(yīng)堆下部支承組件吊具設(shè)計與計算

1、反應(yīng)堆下部支承組件吊具設(shè)計與計算【摘要】下部支承組件是反應(yīng)堆堆內(nèi)重要構(gòu)件，在反應(yīng) 堆初裝或者復(fù)裝時，需要采用專用工具將其從存放處吊入反 應(yīng)堆內(nèi)進行安裝。本文針對反應(yīng)堆內(nèi)的特殊環(huán)境和下部支承 組件的具體工況設(shè)計了一套專用吊具，并對該吊具的重要承 力部件進行了力學(xué)分析與校核，該吊具已成功研制并在核電 站中投入使用， 結(jié)果表明其設(shè)計合理、 性能可靠、 使用方便【關(guān)鍵詞】下部支承；吊具；設(shè)計0 引言 下部支承組件吊具是用于對下部支承組件進行吊運操 作的專用設(shè)備。在反應(yīng)堆初裝堆或復(fù)裝堆內(nèi)構(gòu)件時將下部支 承組件從存放處吊入反應(yīng)堆內(nèi)進行安裝；檢修或退役時同樣 使用該吊具將下部支承組件吊運出反應(yīng)堆存放于指定的

2、存 放地點。 M310 堆型的二次下部支承組件吊具的使用工況分 為：反應(yīng)堆初裝堆使用、 反應(yīng)堆檢修及退役時使用兩種工況。 反應(yīng)堆初裝堆時，首先使用吊環(huán)、卸扣及吊索將下部支承組 件引入堆廳，再使用下部支承組件吊具將其裝入反應(yīng)堆壓力 容器中；反應(yīng)堆檢修時，則使用吊具將下部支承組件吊出反 應(yīng)堆，吊放至水下專用存放架上，待檢修完成后，再將下部 支承組件吊入反應(yīng)堆；反應(yīng)堆退役時，則直接使用下部支承 組件吊具將下部支承組件吊出反應(yīng)堆，放至水下專用存放架 上進行退役處理。本為針對 M310 堆型的下部支承組件進行 設(shè)計。1 設(shè)計原則( 1)下部支承組件吊具的結(jié)構(gòu)應(yīng)安全可靠，不得對反 應(yīng)堆堆內(nèi)環(huán)境造成污染；(

3、 2)下部支承組件吊具的設(shè)計應(yīng)貫徹結(jié)構(gòu)簡單、操作 方便、維修可達性高的原則；( 3)重要零部件應(yīng)進行計算與校核；( 4)采用貫徹標準化設(shè)計原則。2 設(shè)計輸入(1 )下部支承組件法蘭外徑 1700mm ;(2)下部支承筒體外徑 1600mm ;( 3)下部支承法蘭厚度60mm ；( 4)下部支承組件法蘭定位孔位置67、187、307；( 5)下部支承組件最大重量3.5t。3 方案設(shè)計3.1 結(jié)構(gòu)方案由于支承組件法蘭定位孔均勻地分布在67、 187、307的圓周上，與之相對應(yīng)的吊鉤組件也應(yīng)該均勻布置在 圓周方向上；由于支承組件三個導(dǎo)向鍵也均勻布置在圓周上， 所以支承組件吊具上導(dǎo)向組件應(yīng)與之匹配均布

4、在圓周上?；?于上述條件確定吊具的基本結(jié)構(gòu)形式為截面為圓環(huán)的立式 結(jié)構(gòu)。3.2 材料選擇 考慮到反應(yīng)堆的特殊性，下部支承組件吊具整體采用不銹鋼，主體材料為 06Cr19Ni10,承力材料 05Cr17Ni4Cu4Nb , 緊固件材料主要采用 12Cr13。4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 下部支承組件吊具主要由框架組件、吊裝組件、導(dǎo)向組 件、定位銷組件、吊鉤組件等部分組成。（ 1 ）框架組件框架組件由上層支架、 立柱、中心支撐架、 上層連接環(huán)、 中層連接環(huán)、下層連接環(huán)共同連接成一個圓柱狀框架結(jié)構(gòu)， 作為吊具的承力主體。（ 2）吊裝組件吊裝組件由加長吊桿、 吊環(huán)、吊環(huán)連接塊、 U 形連接件、 上鎖緊環(huán)、下鎖緊環(huán)、吊

5、桿等組成。吊桿上下兩端分別為M48 X 4的左旋、右旋螺紋，通過旋轉(zhuǎn)吊桿可以調(diào)節(jié)連接長 度，從而對吊具的水平度進行調(diào)整。加長吊桿下端通過加長 桿連接銷與吊環(huán)連接，上端則與電子秤連接。（ 3）導(dǎo)向組件 導(dǎo)向組件由多組傾角和前后位置可微量調(diào)整的導(dǎo)向鍵槽組成，安裝在框架組件的上層連接環(huán)和中層連接環(huán)上（ 4）定位銷定位銷安裝在吊具下層連接環(huán)上，定位銷共 3 組，分別 分布于圓周上 67、187、307的三個方向。當(dāng)?shù)蹙呦陆?至下部支承組件法蘭面上時，定位銷插入支承法蘭面上的預(yù) 留孔內(nèi)定位，確保整個吊具在下部支承組件法蘭上準確的就 位。（ 5）吊鉤組件三組吊鉤組件分別安裝在 3 個立柱的下端，吊鉤后端安

6、 裝有帶滑動長條孔的推動機構(gòu)，由氣缸驅(qū)動該推動機構(gòu)，推 動鉤爪伸出或收回，實現(xiàn)對下部支承組件法蘭底面的鉤取和 釋放操作。鎖緊機構(gòu)安裝在吊鉤組件側(cè)面，由一個鎖緊氣缸 和行程開關(guān)組成，當(dāng)?shù)蹉^處于抓取位置時，氣缸帶動鎖緊銷 穿過立柱的側(cè)壁插入鉤爪上的定位孔，將其鎖死，防止出現(xiàn) 意外脫鉤。5 計算與校核 對吊具整體進行分析，確定關(guān)鍵零部件后分別對其進行 計算校核范圍包括：吊環(huán)、吊環(huán)連接塊、吊桿、U形連接件、 U 形連接件銷子、吊鉤。（1）吊環(huán)吊環(huán)材料為 05Cr17Ni4Cu4Nb,其a 0.2/ a b0.7,材料基 本許用應(yīng)力a 為：吊環(huán)承受吊具和支承重力的作用，與加長吊桿連接銷連 接處最大拉力

7、F為46412.8N，吊環(huán)下端通過 M90 X 4的螺紋與吊環(huán)連接塊進行連接，經(jīng)分析，其應(yīng)力圖 1 所示。經(jīng)計算分析，吊環(huán)最大應(yīng)力為73.6MPa，安全系數(shù)：因此，滿足安全要求。（2）吊環(huán)連接塊吊環(huán)連接塊材料為 05Cr17Ni4Cu4Nb，其a 0.2/ a b0.7, 材料基本許用應(yīng)力a 為：吊環(huán)連接塊承受吊具和支承重力的作用，與U型連接件連接處最大拉力 F為15470.9N，共3處均布。吊環(huán)連接塊上 端通過M90 X 4的螺紋與吊環(huán)連接，經(jīng)分析，其應(yīng)力如圖2所示。圖 2 吊環(huán)連接塊應(yīng)力圖經(jīng)計算分析，吊環(huán)最大應(yīng)力為16.5MPa，安全系數(shù)：因此，滿足安全要求。（3）吊桿吊桿材料為 05Cr

8、17Ni4Cu4Nb,其a 0.2/ a b0.7,材料基 本許用應(yīng)力 a 為：吊桿受兩端螺紋拉力作用， 3個吊桿每個受力為 F/3， F 為吊具和支承總重量 46412.8N，其最大應(yīng)力為：其中A為吊桿截面積。經(jīng)計算吊桿最大應(yīng)力 8.55MPa，安全系數(shù)：因此，滿足安全要求。（4）U 形連接件U 形連接件材料為 05Cr17Ni4Cu4Nb，其 a 0.2/ a b0.7 , 材料基本許用應(yīng)力a 為：U形連接件通過 M48 X 4螺紋與吊桿連接，通過 U形連 接件連接銷與框架組件連接，受力為F/3，F(xiàn)為吊具和支承總重量46412.8N。其應(yīng)力圖如圖 3所示。經(jīng)計算，U形連接件最大應(yīng)力為 18

9、.6MPa，安全系數(shù)： 因此，滿足安全要求。（ 5）U 形連接件銷子U 形連接件銷子受到的力為 F/3， F 為吊具和下部支承組 件的重力46412.8N。受力如圖4所示。U形連接件銷子材料為 05Cr17Ni4Cu4Nb,其a 0.2/ a b0.7,材料基本許用應(yīng)力a 為：其中 A 為 U 形連接件銷子截面積， l 為最大擠壓面長度。根據(jù)計算，U形連接件銷子剪切應(yīng)力為4.65MPa，安全系數(shù)：最大擠壓應(yīng)力為7.16MPa，安全系數(shù)： 因此，滿足安全要求。（6）吊鉤（上接第11頁）吊鉤材料為 05Cr17Ni4Cu4Nb,其a 0.2/ a b0.7 ,材料基本許用應(yīng)力a 為：吊鉤同樣承受下部支承組件的重力 F， 3 個吊鉤均布， 理論上每組吊鉤受力為 F/3，下部支承組件重量 3045kg, F 為29841N。經(jīng)分析，吊鉤應(yīng)力如圖 5所示。根據(jù)計算，吊鉤最大應(yīng)力為119.69MPa，安全系數(shù)：因此，滿足安全要求。6 結(jié)論本文針對核電站 M310 反應(yīng)堆堆型的特殊性，充分考慮下部支承組件的使用工況，設(shè)計了一套下部支承組件的吊裝工具，并對該下部支承組件吊具的各主要承力部件進行了詳 細的受力分析與校核，結(jié)果證明該套吊具滿足功能要求和環(huán) 境要求；該套工具已成功在核電