AP1000核电站CV筒体运输技术
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AP1000核电站CV筒体运输技术
作者：肖洪涛 刘宝勇
来源：《硅谷》2011年第17期
摘 要： AP1000钢制安全壳（CV）直径达40米，壁厚平均44mm，重量超过600吨。重点阐述这种大直径薄壁件安全平稳运输的关键问题分析及解决方案，包括筒体变形控制、运输车辆组合和联合控制，载荷的安全平稳转移和均布手段、过程重点注意事项等。
关键词： CV筒体一环；大直径薄壁件变形控制；托架设计；液压平板车组合；载荷转移和均布
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0910032－02
1 概述
1.1 工程概况
AP1000采用厚壁钢制安全壳的独特设计。CV共分6个组件，依次为底封头、筒体第一环、筒体第二环、筒体第三环、筒体第四环、顶封头。安全壳现场组装要求径向安装偏差（错边）不大于3.2mm，轴线对口间隙0-5mm，要求精度非常高，如果出现整体或局部变形都将对整个安全壳的安装产生极大影响，CV一环是进行安装的第一段筒体，其安全运输有重要意义。
筒体第一环是一个直径39.624m，高11.7m，壁厚44mm的环形筒体，由36块材料为SA738钢板拼装而成。其自重量605吨，加上运输托架和连接架等装置运输总量重约744.0t。
1.2 一环运输环境与要求
对运输的基本要求是实现起运点到指定点（起吊点）的安全、平稳移动，设备变形偏差、应力在允许范围之内。
道路和起运、运抵地点：由CV组装场地经重型道路运输至核岛吊装场地。
2 技术关键点和难点分析
1）筒体直径40m，壁厚只有44mm，外形尺寸大，结构很脆弱，极易变形；没有任何加固措施； 龙源期刊网
2）选用何种车辆，对车辆性能有何种要求；目前世界上任何一种单车都无法完成，必须采用组合车辆；
3）如何将这个庞然大物转移到车辆上；重达600吨的筒体无法采用直接吊起装车，主要考虑底部进车方案，从设计CV拼装场地开始就要考虑如何装运；
4）筒体与车辆之间形成弧形的线接触，如何分布载荷到车辆上，如何保证车辆的承载中心与筒体的重心吻合，保证车辆受力后的车板水平；
5）平板车组之间如何进行连接，如何进行联合控制，保证车辆同步；
6）平板车运输平稳性保证筒体尽量少受冲击。
3 解决方案
运输方案综述：CV一环组合平台设计支墩承载方式，均布拆除部分支墩后空间可以使液压平板车进入。采用4组液压平板运输车进入CV组装平台下部，顶升车板，将载荷由支墩转移到车辆上，采取封车、加固等防滑移措施，车组联合控制移动移动车辆进行运输。
3.1 基本布车方案利用有限元分析法对筒体一环运输进行建模分析
利用有限元分析法对筒体一环运输进行建模分析，找出主要矛盾点，初步确定解决方案。
3.1.1 建立一环有限元模型
一环重605吨，模型节点数9835，单元数18975，工况为拆除连续两个支墩。
1）约束条件：
在水泥支墩处施加全约束，去掉其中两个支墩，以模拟车辆进入。
2）计算载荷如下：
3）建模分析的计算结果：
最大位移9.1mm，最大应力，均满足要求，即一侧拆除2个支墩进车是安全的。
3.1.2 建立筒体运输模型
模型点数为23957，单元数为44432。
首先建立工况为筒体下设置4组运输车辆。 龙源期刊网
1）在平板车连接处施加静定位移约束。
2）分析云图见图1。
3）计算最大变形247mm，超过设计方的100mm的要求。
初步解决思路：
1）采用在车辆上方增加托架方式对筒体进行支持加强，筒体上侧通过钢丝绳连接减小筒体上边缘变形。
2）在筒体顶端设计3根钢丝绳拉紧筒体。
根据托架和钢丝绳有关数据，建立模型。
3）结论：经过计算得知：此工况条件下，筒体最大位移变形24mm，筒体最大应力36MPa；托架最大位移变形18mm，最大应力145MPa，一阶失稳系数4.1，均满足要求。
3.2 车辆选择和准备
3.2.1 车辆选择
选择中远物流公司所属的德国索爱勒液压平板车，共4组，每组4纵列6轴线。每组车板外形尺寸9000×6300×1190（±325），可实现±325高度调节，4组车辆通过液压油路连接、控制电脑连接可实现统一控制。
3.2.2 车辆实验
为验证车辆承载能力和车组联合控制性能，可对车辆进行负荷试验和同步试验：
1）负荷试验：对组合车组进行负荷试验，以检验车辆性能和道路承载能力。
2）同步性试验：连接车辆，模拟运输全过程，行走转弯定位。
3.2.3 车辆拼装组合
采用两纵列6轴线车辆为基本组装单元，然后将两个基本单元左右连接，构成4纵列6轴线车组。每个车组安装一套动力装置，构成一个完整的车组。
3.3 托架设计及制造 龙源期刊网
设计放置在运输车辆上、承载筒体、防止筒体自重变形的运输托架。每个车组上铺设托架的底部钢板。托架制造焊接：在运输前完成托架内外挡架的制作。
3.4 保护板设计
设计破口保护板，安全平稳的承载筒体的重量，并保护下部破口。设计手枪行定位板，以定位筒体，确保筒体在车辆启动移动过程不滑移。
3.5 组装场地设计和准备
1）一环组装场地设计22个支墩，支墩分布和高度尺寸满足拆除部分支墩可实现平板车进入筒体底部。
2）制作破口保护板，布置于支墩之上。
3）破口保护板之上就正常吊装就位筒体每块钢板。
4 运输过程控制要点
采用液压平板运输车进入CV组装平台下部，顶升装车方式进行运输。
1）车辆分两批，每批两组进车。首批拆17、18、9、10支墩，进1-2号车组；然后拆除21、22、5、6号支墩，进3-4号车组。
2）安装内外挡架，连接车辆。将组合好的内外挡架吊装就位安装位置，焊接固定，然后对4组车辆进行连接，达到刚性连接的目的。
3）安装破口保護装置，安装手枪板，以定位筒体。
4）拉紧筒体上端的三道钢丝绳。安装一环上的6个定位套，用钢丝绳和20t手拉葫芦分别将对称的定位套进行连接、紧固。
5）进行车组连接、实现统一控制，分批顶升车组，拆除其余支墩。
车辆顶升前检查车辆之间的连接情况。注意车辆的调平，保证车辆负载均布。如顶升过程中发现有不平衡现象可调整车辆的受力轴线，优化车辆受力。
在顶升前，先把每组车板24个悬挂分成三点支撑，当三点压力达到20bar左右时，将三点串联形成一点支撑（其余三组车与此相同），然后4组车同时缓慢顶升。
假设：把筒体与液压平板车车板接触简化为筒壁与车板的圆弧形线接触，且是均布载荷（以一组车为例）。第一次顶升（4纵列6轴线共24个支撑悬挂同时作用）。 龙源期刊网
一组车理论上受力为：筒体重量/4+车板自重=744/4+12×3.3=226t，车板额定载荷360t，均匀分布在21°的圆弧上。
顶升后车组右上角上翘，左下角下沉，货物压在车板上的合成受力点相对车板承载力中心（车板24个支撑悬挂承载中心即24个悬挂的受力几何中心）偏向左下角，高度差较大，不能满足货物顶升要求，故根据车板的性能，改变车组支撑悬挂方式，关闭右上角2个支撑悬挂后进行第二次顶升，发现调整过度，再次调整车组支撑悬挂方式，即打开右上角1个支撑悬挂，最后车辆达到平衡。此时车板是4纵列6轴线共24个支撑悬挂同时作用（见图3右图），额定载荷为345t。
6）车辆启动，开始运输。
7）运输过程控制：注意车辆行走速度不大于0.5Km/s，刹车速度不大于8s。
5 总结
5.1 实施效果
该机组CV一环与2010年6月30日完成运输，整个过程安全平稳、筒体为出现明显变形，非常成功。
5.2 筒体运输成功的关键
1）综合各方因素，超前考虑技术方案，包括组合场地的合理设计方便车辆进入；
2）综合筒体参数、车辆情况，设计了运输托架、车辆分布形式、车辆之间进行充分的刚性联接，保证了负荷的均布和车辆的平稳；
3）在车辆上布置足够宽大、足够强度的钢板和托架、筒体上方设计钢丝绳减少了筒体变形、的设计、进车过程顺序控制；
4）设计了破口保护板以保护筒体的下边缘破口不受损伤，它同定位板一起可以起到限定筒体水平移动的作用。
5.3 改进思考
1）运输过程中发现筒体下边沿有个别位置从破口保护板脱出，初步分析车辆在转弯过程中车辆与车辆上承载的筒体之间仍然有微小的滑动。还要加强车辆之间连接的刚性，另外增高破口保护板的高度，防止筒体脱出。 龙源期刊网
2）除了采用液压平板车托运外，还可以考虑在核岛附件建立组合场，利用重型吊机直接吊起，然后短距离移动行走，吊装就位。
参考文献：
[1]大连工学院机械系起重运输机教研室主编，起重运输机金属结构.
[2]杨文渊编，起重吊装技术手册（下册）.
作者简介：
肖洪涛，国核工程有限公司高级经理，海阳SPMO施工部中方经理，山东省海阳市海阳核电厂国核工程有限公司海阳SPMO办公楼；刘宝勇，山东电力工程咨询院有限公司，海阳SPMO施工部起重主管，山东省海阳市海阳核电厂国核工程有限公司海阳SPMO办公楼。
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