蔣成暉

摘要：余熱排出泵（以下簡稱RRA泵）用于核電站的反應(yīng)堆的余熱排出，對核電站的安全運行起著重要的作用，以往每年例行檢修時翻轉(zhuǎn)提升效率較低。為此專門開發(fā)設(shè)計了一款翻轉(zhuǎn)設(shè)備，其有限元建模及力學(xué)分析的準(zhǔn)確性是其進一步動力學(xué)分析的基礎(chǔ)?；趧印㈧o力學(xué)理論建立RRA翻轉(zhuǎn)提升過程中運動方程，采用有限元法得到動力學(xué)方程;在有限元軟件中分別以實體單元對翻轉(zhuǎn)設(shè)備進行有限元建模，分析了設(shè)備承載極限載荷時危險運動節(jié)點的最大應(yīng)力場;應(yīng)用疲勞分析理論預(yù)測了主傳動系統(tǒng)的疲勞壽命;分析評估了設(shè)備首次完成工件360°翻轉(zhuǎn)的安全可靠性與設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。

關(guān)鍵詞：RRA;ANSYS有限元建模;力學(xué)分析;約束

Mechanical analysis of finite element modeling in the turning process of RRA pump turning equipment

Wang Xiangjiang， Liu Huaimin， Ding Li， Jiang Chenghui

（Hengyang 421001， School of mechanical engineering， Nanhua University）

Abstract： The residual heat removal pump （hereinafter referred to as RRA pump） is used for the residual heat removal of the reactor in the nuclear power plant， which plays an important role in the safe operation of the nuclear power plant. In the past， the efficiency of turning and lifting is low in the routine maintenance every year. For this reason， a special turning equipment is developed and designed. The accuracy of its finite element modeling and mechanical analysis is the basis of its further dynamic analysis. Based on the dynamic and static theory， the motion equation of RRA in the process of overturning and lifting is established， and the dynamic equation is obtained by the finite element method. In the finite element software， the finite element modeling of the overturning equipment is carried out by the entity element， and the maximum stress field of the dangerous moving node when the equipment bears the ultimate load is analyzed. The fatigue life of the main transmission system is predicted by the fatigue analysis theory. The analysis and evaluation are carried out The safety and reliability of 360 ° turning of workpieces completed by the equipment for the first time and the rationality of the structure design of the equipment are discussed.

Key Word：RRA; ANSYS finite element modeling; mechanical analysis; constraints

1.前言（Preface）

余熱排出泵（以下簡稱RRA泵）的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行是保證核電站安全的前提條件之一，每年需對RRA泵進行檢修，在檢修過程中需要多次對其進行翻轉(zhuǎn)提升以達到合適檢修工位，目前國內(nèi)幾乎所有的RRA泵翻轉(zhuǎn)提升普遍采用行車和鋼絲繩配合起吊的方法，這種方法翻轉(zhuǎn)提升過程可控性差，工件容易發(fā)生滑移，劃傷對精度要求較高的核電工件表面，甚至工件滑落造成安全事故，而且效率極低。

基于虛擬樣機技術(shù)對RRA泵自動翻轉(zhuǎn)提升機危險運動節(jié)點及主傳動系統(tǒng)進行動力學(xué)仿真分析，并與理論解析結(jié)果對比，確保分析結(jié)果更準(zhǔn)確、貼近實際;結(jié)合設(shè)備運行過程中的動力學(xué)分析結(jié)果，應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件，分析設(shè)備危險運動節(jié)點的最大應(yīng)力場，并對關(guān)鍵零部件如直線導(dǎo)軌、抱夾機構(gòu)、回轉(zhuǎn)驅(qū)動、絲桿和腳輪等進行強度校核;上述理論與仿真分析結(jié)果，為零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提供可靠的參考依據(jù)，對設(shè)備首次安全試車運行及預(yù)測設(shè)備在今后使用過程中可能存在的問題具有重要參考價值;應(yīng)用理論解析推導(dǎo)設(shè)備翻轉(zhuǎn)提升工件不同工位時，變量工位的最佳翻轉(zhuǎn)角度，制定最佳的翻轉(zhuǎn)工藝。結(jié)合上述翻轉(zhuǎn)機結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗與核電設(shè)備檢修廠家反饋意見，參考通用翻轉(zhuǎn)變位機工作原理，提出一種造價低廉、安全可靠、適用RRA泵絕大多數(shù)工位變位要求的翻轉(zhuǎn)提升機設(shè)計新方案，解決RRA泵檢修廠家翻轉(zhuǎn)變位工件效率低下的現(xiàn)狀。

2.RRA翻轉(zhuǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)（RRA upender structure）

本設(shè)計方案針對RRA泵檢修翻轉(zhuǎn)平臺的技術(shù)要求，根據(jù)翻轉(zhuǎn)和提升一體的實現(xiàn)原理進行設(shè)計，所設(shè)計的翻轉(zhuǎn)平臺主要由底盤、提升裝置、回轉(zhuǎn)裝置、懸臂吊、抱夾、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和輔助拆裝工裝等部分組成。本次工裝設(shè)計的重點是圍繞如何滿足安全穩(wěn)定性和可靠性進行，兼顧機動性和輕量化設(shè)計。本工裝能實現(xiàn)對RRA泵的上下直線可調(diào)速提升、360°可調(diào)速翻轉(zhuǎn)變位、液壓工裝輔助拆裝和懸臂吊起吊轉(zhuǎn)移零部件等功能。

檢修翻轉(zhuǎn)平臺三維模型如圖2.1所示：

3.有限元模型的建立（Establishment of finite element model）

3.1自由狀態(tài)下有限元模型

3.2節(jié)點約束狀態(tài)下有限元模型

4.仿真分析（Simulation analysis）

5.結(jié)束語（Conclusion）

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