核反应堆压力容器检查升降平台支撑可靠性研究
【摘 要】针对核反应堆容器检查范围广，检查周期长问题，设计研制了核反应堆压力容器检查升降平台装置，可实现多检查区域并行检查。本文对该装置的总体结构、设备支撑定位方式进行了分析，并对下平台的固定支撑强度进行了力学仿真分析，验证了有腿下平台支撑稳定可靠。
【关键词】压力容器；支撑；升降平台；可靠性
中图分类号：TH273 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）08-0140-002
Nuclear Reactor Pressure Vessel Inspection Lifting Platform Support Reliability Study
WANG Long WANG Jun-tao ZHANG Zhi-yi ZHANG Jun ZHOU Wen
（CNC Wuhan Nuclear Power Operation Technology Co.，Ltd.，Wuhan，Hubei 4300223，China）
【Abstract】In view of the wide inspection scope and long inspection period of nuclear reactor vessels， a nuclear reactor pressure vessel inspection and lifting platform device was designed and developed to achieve parallel inspection of multiple inspection zones. In this paper， the overall structure of the device， the device support and positioning method are analyzed， and the mechanical analysis of the fixed strength of the lower platform is performed to verify the stability and reliability of the platform support under the leg.
【Key words】Pressure vessel；Support；Lifting platform；Reliability
0 引言
核反應堆压力容器超声检查需要检查区域有：压力容器筒体与筒体连接焊缝、压力容器筒体与底封头连接焊缝、压力容器接管安全端区域检查、压力容器筒体与接管连接区域检查[1]。检查区域多，且分布在压力容器轴线不同高度上，设备定位安装位置位于换料水池近15米深的水下。
1 设备结构介绍
检查装置主体结构以有腿下平台为基础，如图2所示，在有腿下平台上安装升降立柱，在有腿下平台上倒挂机械臂，在升降立柱上部装机械臂。升降平台上装有三个辅助支撑，保证整个检查平台的稳定性。设计装用吊具，整个检查平台一次性下水安装，两台机械臂实现同时检查，实现独立分区域实施分布式扫查，设想下筒体环焊缝和接管区域扫查内容同时进行。升降平台快速升降定位，实现所需检查焊缝范围全覆盖。检查装置主体结构分为：有腿下平台、升降平台机构、平台辅助支撑、机械臂四大部件。有腿下平台及辅助支撑为设备支撑机构，升降平台机构为中心导向机构。两台不同扫查任务的机械臂通过扫查计划规划分布在中心导向机构上的不同区间，独立自主运动在相应的扫查区域内，实施扫查任务。底部有腿下平台支撑保证中心导向机构在容器内稳固，辅助支撑保证上装机械臂在扫查接管及法兰面时升降平台的刚度，保证扫查质量。
2 平台固定支撑方式分析
平台的支撑固定方式有两种，吊篮支撑面及堆内构件支撑面两种方式。采用吊篮支撑面支撑固定时（上平台固定），如图3所示，平台的运动方式是从上向下运动，上端机械臂仅能检查法兰孔带，在下端固定一台机械臂检查项目较多，需要检查筒体与底封头环焊缝，下筒体环焊缝，上筒体环焊缝以及接管安全端焊缝。在检查的过程中，无法安装压力容器接管射线检查工具实现射线检查。采用这种支撑定位方式，可以有效减少设备起水下水次数，减少环吊使用次数。但是上端机械臂检查内容较少，且在压力容器超声视频检查过程中，无法实现射线检查，在检查时间周期减少不明显。
采用堆内构件支持面支撑固定时（有腿下平台固定），平台的运动方式是从下向上运动，如图4所示，上端机械臂可检查上筒体环焊缝、接管安全端焊缝以及法兰孔带。下端机械臂可实现筒体与底封头环焊缝以及下筒体环焊缝的检查。在上机械臂检查上筒体环焊缝的过程中，进行安装压力容器接管射线检查工具完成接管安全端射线检查。在射线检查完成后，可以安装压力容器接管安全端超声专用检查工具检查接管，分担上端机械臂的接管检查任务量。采用这种支撑定位方式，不仅可以有效减少设备起水下水次数，减少环吊使用次数，还可以实现射线检查，显著缩短整个压力容器检查时间周期。
因此，在考虑压力容器检查周期以及设备起水次数两方面因素，采用堆内构件支持面固定支撑，升降平台实行从下向上的运动方式较好。
3 有腿下平台载荷仿真分析
反应堆压力容器检查升降平台装置固定方式采用有腿下平台固定支撑方式，由于原有腿下平台使用时安装一台机械臂进行检查工作，而在反应堆压力容器检查升降平台装置中，有腿下平台需承载升降平台及两台机械臂重量，相比原有的设计，有腿下平台的实际载荷比预期大，为了保证有腿下平台安全可靠性，对有腿下平台实际承载载荷进行力学仿真分析[2-3]。
有腿下平台自身重量约0.5吨，有腿下平台实际负载的重量约为1.2吨，设定有腿下平台支撑腿与堆内构件支撑配合面为固定约束，有腿下平台与升降立柱连接面为载荷负载面。对有腿下平台进行负载后安全系数、应变以及应力仿真分析[4-5]。从分析可知，破坏最容易出现在横向支腿与垂直支腿连接处，此处等效应变最大，等效应力最大，安全系数最小，安全系数为7.33。大于通常需要的3倍安全系数要求。利用有腿下平台支撑定位升降平台安全可靠。
4 检查装置可应用范围
该核反应堆压力容器检查升降平台装置既可以应用于M310堆型，也可以应用于AP1000等堆型。该检查装置可与其他专项检查工具并行实施检查，提高检查效率，节省核电站大修时间，降低了检查装置对外界条件的依耐性，为核电厂安全运行提供了有力保障
图10 核反应堆压力容器检查升降平台现场检查照片
5 结束语
采用堆内构件支持面固定支撑，升降平台实行从下向上的运动方式，可最大化的实现并行检查，且采用利用有腿下平台以堆内构建支撑面定位，精度高，安全可靠。
【参考文献】
[1]陈泓.世界先进反应堆型——欧洲压水堆EPR介绍[J].中国电力，2000（2）：65-69.
[2]高自成，李立君，王勇桦，等.基于Inventor的油茶果采摘机器人机械臂力学分析[J].《中南林业科技大学学报》，2015，35（7）：121-124.
[3]谭鑫平，何祖顺，林异捷，等.基于Inventor FEA模块的移载机械手提升手臂静力学分析[J].《机床与液压》，2012，40（24）：81-84.
[4]姚永玉，李凌.基于虚拟装配技术的连杆机械手运动干涉研究[J].《装备制造技术》，2009（3）：14-15.
[5]秦洪现，崔惠岚，孙剑.Autodesk系列产品开发培训教程[M].化学工业出版社，2008.