反應堆壓力容器筒體運輸翻轉托架設計要點

摘 要：文章介紹了反應堆壓力容器筒體運輸翻轉托架結構的同時，闡述了筒體運輸翻轉托架的功能，提出了筒體運輸翻轉托架的設計要點。

關鍵詞：壓力容器；運輸；翻轉；設計要點

引言

反應堆壓力容器筒體屬于大型容器設備，其外形多為圓筒形，體積大，噸位重。壓力容器筒體是反應堆的關鍵設備之一，為反應堆的安全運行起到至關重要的保障作用。運輸翻轉托架將壓力容器筒體安全、平穩地運輸到核電站現場，并為現場提供安全可靠的起吊條件、翻轉安裝條件是至關重要的，而其能否滿足以上要求，最關鍵的是其結構是否合理、機械性能是否能滿足壓力容器筒體的運輸、起吊、安裝等要求。

1 壓力容器筒體運輸翻轉托架的結構

筒體運輸翻轉托架主體結構分為直段與彎段兩部分，直段又分為架體、吊耳座、弧形座、擋板結構等。如圖1所示。

2 壓力容器筒體運輸翻轉托架的功能

顧名思義，運輸翻轉托架就是要實現運輸、翻轉兩大主要功能。

首先托架直段需要承載壓力容器筒體，并通過捆束組件等輔助結構將筒體周向及徑向進行固定，同時通過擋板組件及U型螺栓等結構對筒體軸向進行固定即保證運輸時托架與筒體的一體性，弧形座與筒體的接觸所帶來的摩擦力也能對軸向的固定起到非常大的作用，在運輸途中只允許筒體與托架相接觸，利用托架與筒體的一體性來減輕各種沖擊以實現安全運輸。

托架的彎段除具備一定的防止筒體竄動的作用外，其主要功能在于在安裝現場配合吊裝裝置進行筒體的安全翻轉，準確將筒體放置于最終運行位置。如圖2所示。

3 壓力容器筒體運輸翻轉托架設計要點

3.1 材料選取

設計初始要進行材料選取，在確定托架材料時需要綜合考慮到安全性、使用工況、經濟性等因素，材料的選擇是否恰當往往對托架制造成本的高低起決定作用。

3.2 結構設計

直段的長度與寬度根據壓力容器外形尺寸確定，高度方向要避免容器接管與地面的接觸，有時直段架體高度尺寸可能要達到1m，此時可以用工字鋼做架體，也可用鋼板焊接成“工”字形。

直段橫梁在布置時要考慮直段長度，同時要布置在弧形座及吊耳設置處，這樣既能提高結構強度，又能增加布置空間。鋼絲繩的捆扎位置是與吊耳相對應的，要根據筒體本身結構（避開筒體突起處并不得損傷筒體）及重心位置來確定吊耳位置。

弧形座應對稱分布、弧面法線應指向筒體軸線，同時弧形座對筒體的包裹面積應根據筒體重量、弧形座數量和設計安全系數確定，其包角約30°（應用重力分解法，因支承分力為豎直方向，若包角過大，橫向分力過大，增大托架本身設計損耗。若包角過小將降低穩定性，筒體側向傾覆的危險系數增大）。弧形座與筒體間應放置橡膠墊，以避免對筒體造成損傷。綜合考慮上述幾方面的布置確定直段的最終結構。

彎段設計時為保證翻轉時的向心力方向指向翻轉中心，弧面中心應與筒體底部球面中心盡量保持一致，為便于與直段連接同時為避免應力突變，彎段的高度應與直段保持一致。彎段與直段的連接可以根據需要選取焊接連接或是裝配連接。

3.3 分析計算

分析計算是對所設計結構的可行性進行相關計算，具體校核在剛性、強度方面是否滿足要求。準確性、合理性是分析計算的關鍵、是設計中的又一難點。在筒體運輸翻轉托架的分析計算中，應根據所選材料、主要結構建立分析模型并合理分配約束和載荷，建立有限元分析模型，然后通過合理施加邊界條件進行受力分析，繼而找出等效應力最大處進行強度校核。如圖3、圖4所示。

因翻轉過程為動態過程，因此需要在翻轉過程中分析各位置的受力狀態，根據連續性理論，為簡便計算應選取若干處關鍵位置進行分析，從而找出等效應力最大處進行強度、剛性、穩定性的校核。

除主體結構外，一些關鍵連接部位必須進行分析計算，如直段與彎段間的連接軸，運輸時捆束組件中鋼絲繩與吊耳的強度校核等。

3.4 制造要求

強度校核后應考慮后續的加工制造要求。作為核一級設備的支承件，托架制造過程中使用的鋼板在切割后應消除坡口及其周圍的熱影響區，且鋼板在焊接時應保證主體結構全焊透，托架直段應在焊接完成后進行整體熱處理以消除焊接應力，在消應力后按國家相關標準進行無損檢測，合格后才能進行后續精加工，在精加工環節一定要保證各弧形座的曲面軸線一致，防止弧面軸線不一致導致筒體安裝后受力不均，繼而產生不良后果。與筒體相接觸的部位如擋板組件等需要達到一定精度的平行度。在直段與彎段加工完成并進行裝配后，一定要進行承載試驗，試驗合格才能交付使用。

4 結束語

文章簡明地介紹了反應堆壓力容器筒體運輸翻轉托架的結構和功能，依據作者在托架實際設計中的經歷、積累和體會，闡述了反應堆壓力容器筒運輸翻轉托架設計過程中，從材料選擇、結構設計、強度校核、加工、焊接質量、熱處理、無損檢驗等方面總結的一些觀點，希望能對讀者今后的壓力容器筒體運輸翻轉托架的設計工作有所幫助。

參考文獻

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