核电站钢制安全壳顶封头组装支架

摘要

本发明属于核电站施工技术领域。为了解决采用现有技术中的支撑装置对顶封头进行组装时，存在着支架的施工成本高以及支架内部操作空间狭小的问题，本发明公开了一种核电站钢制安全壳顶封头组装支架。该组装支架，包括边缘支架和内部支架；所述边缘支架根据顶封头的下口半径尺寸与地面固定连接；所述内部支架根据顶封头中底层钢板、中下层钢板以及中上层钢板在地面上的投影位置与地面固定连接，并且所述内部支架的高度与对应钢板支撑点位置的高度相对应。本发明的组装支架，不仅结构简单优化，减少了对组装支架材料的使用量，降低了施工成本，而且通过对支架固定位置的精准定位，对顶封头组装过程中的形变量进行了控制，保证了顶封头的组装质量。

说明书

技术领域

本发明属于核电站施工技术领域，具体涉及一种核电站钢制安全壳顶封头组装支架。

背景技术

钢制安全壳是第三代核电中特有的核二级设备，目前使用钢制安全壳的第三代核电主要有AP1000、CAP1000以及CAP1400。结合图1所示，钢制安全壳中的顶封头10为大型椭圆形封头，由四层钢板拼接而成，并且每层钢板又是由多块弧形的钢板组成。其中，沿顶封头10的边缘位置指向中心的方向，依次为底层钢板11、中下层钢板12、中上层钢板13以及顶层钢板14。

目前，针对钢制安全壳中的顶封头施工，首先是进行顶封头的地面组装，通过对每层钢板之间的相互拼装焊接形成一个整体，然后再对顶封头进行整体的吊装，完成安全壳的组装。其中，根据顶封头的设计要求，在对顶封头进行组装时，要求每块钢板的最大形变量不能超过该钢板的厚度尺寸，因此，为了控制钢板的形变量，保证组装质量，需要搭设相应的组装支架。

其中，在申请号为201210178042.5，名称为核岛钢制安全壳顶封头的专用支撑装置及运输方法的中国发明专利中，公开了一种如图2所示的组装支架。在该专利中，通过设置内支撑结构、次内支撑结构、次外支撑结构以及外支撑结构实现对顶封头组装过程中钢板形变量的控制。但是，该专利公开的组装支架通过使用大量的纵杆、径向横杆以及连接杆组装而成，总重量达到了460吨。这样，不仅大大的增加了支架材料的使用量，提高了施工成本，而且在运输过程中，对运输车的载荷能力要求极高。另外，由于该组装支架结构复杂，使得支架内部的空间极其复杂和狭小，导致后续钢板的拼装和焊接操作极为不方便。

发明内容

为了解决采用现有技术中的支撑装置对顶封头进行组装时，存在着支架的施工成本高以及支架内部操作空间狭小的问题，本发明提出了一种核电站钢制安全壳顶封头组装支架。该核电站钢制安全壳顶封头组装支架，包括边缘支架和内部支架；其中，所述边缘支架，根据顶封头的下口半径尺寸与地面固定连接；所述内部支架，根据顶封头中底层钢板、中下层钢板以及中上层钢板在地面上的投影位置与地面固定连接，并且所述内部支架的高度与对应钢板支撑点位置的高度相对应。

优选的，所述边缘支架，包括两个边缘立柱、一个横梁以及两个斜撑；其中，所述边缘立柱的一端与地面连接，另一端设有支撑平台，所述支撑平台上设有两个挡板，两个所述挡板之间设有卡槽，用于固定所述底层钢板；所述横梁位于两个所述边缘立柱之间；所述斜撑的一端与所述边缘立柱连接，另一端与地面连接。

进一步优选的，在地面上设置一圈所述边缘支架，其中所述边缘支架的数量与所述底层钢板中的钢板数量相同，并且沿圆周方向均布。

优选的，所述内部支架，包括内部立柱和可伸缩装置；其中，所述内部立柱的底部与地面连接，所述可伸缩装置与所述内部立柱的顶部固定连接，并且所述可伸缩装置可以沿所述内部立柱的高度方向伸缩调整；相邻的所述内部支架之间通过内部横梁和斜拉杆连接固定。

进一步优选，所述可伸缩装置，包括底座、球形端部以及连接杆；其中所述底座与所述内部立柱连接，所述球形端部与顶封头的内壁接触支撑，所述连接杆位于所述底座与所述球形端部之间，并且所述连接杆与所述底座之间沿竖直方向可活动连接。

进一步优选的，所述连接杆采用螺纹杆结构，所述连接杆与所述底座之间采用螺纹连接，并且通过螺母实现所述连接杆与所述底座之间的位置固定。

优选的，在地面上设有三圈所述内部支架，分别为用于支撑所述底层钢板的是第一圈支架，用于支撑所述中下层钢板的是第二圈支架以及用于支撑所述中上层钢板的是第三圈支架。

进一步优选的，所述第一圈支架中的内部支架数量与所述底层钢板中的钢板数量相同并且一一对应设置；所述第二圈支架中的内部支架数量与所述中下层钢板中的钢板数量相同并且一一对应设置；所述第三圈支架中的内部支架数量等于所述中上层钢板中的钢板数量的两倍，其中两个内部支架为一组与一块钢板对应设置。

进一步优选的，所述第一圈支架中的内部支架数量等于所述底层钢板中的钢板数量的一半，并且内部支架与相邻两个钢板中的一个钢板对应设置；所述第二圈支架中的内部支架数量等于所述中下层钢板中的钢板数量的一半，并且内部支架与相邻两个钢板中的一个钢板对应设置；所述第三圈支架中的内部支架数量等于所述中上层钢板中的钢板数量，其中两个内部支架为一组，并且一组内部支架与相邻两个钢板中的一个钢板对应设置。

优选的，沿顶封头在地面上投影的圆周方向，所述第一圈支架和所述第二圈支架中的内部支架位于对应钢板在地面投影的中心位置处，所述第三圈支架中同一组的内部支架分别位于对应钢板在地面投影的1/4和3/4位置处；沿顶封头在地面上投影中由边缘指向中心的方向，所述第一圈支架位于所述底层钢板在地面上投影的约4/5位置处，所述第二圈支架位于所述中下层钢板在地面上投影的约2/3位置处，所述第三圈支架位于所述中上层钢板在地面上投影的约2/3位置处。

本发明的核电站钢制安全壳顶封头组装支架，具有以下有益效果：

1、本发明的组装支架由边缘支架和内部支架组成的组装，并且根据顶封头结构，设置了一圈用于支撑底层钢板端部的边缘支架以及三圈分别用于支撑底层钢板内壁、中下层钢板内壁以及中上层钢板内壁的内部支架。这样，在底层钢板的拼装过程中，通过边缘支架中的两个边缘立柱以及内部支架中的一个内部立柱，可以实现对底层钢板中的钢板进行三点支撑固定。在中下层钢板和中上层钢板的拼装过程中，通过定位块和内部支架中的内部立柱，分别实现对中下层钢板中钢板的三点支撑固定和中上层钢板中钢板的四点支撑固定。此时，通过计算得到，本发明中组装支架的总重量仅为210吨，远远低于现有技术中460吨材料的使用量，从而在保证对每一块钢板的稳定支撑作用下，大大减少对支架的搭设数量以及对支架材料的使用量，降低了施工成本。同时，由于这四圈支架之间相互独立，又进一步简化了支架的结构，增加了组装支架内部的操作空间，极大的方便了操作工人的施工，提高了施工效率。

2、在本发明中，通过对三圈内部支架的固定位置进行精准定位固定，使顶封头中的钢板在本发明中的组装支架的支撑作用下，产生的形变量远远低于设计要求，即形变量不超过钢板的板厚尺寸。从而实现了对组装支架优化改进后对钢板形变量的有效控制，使底层钢板和中下层钢板在三点支撑固定下，中上层钢板在四点支撑固定下，产生的形变量都远远小于钢板的厚度尺寸，满足顶封头组装过程中对钢板形变量的要求，保证了对顶封头的组装质量。

附图说明

图1为钢制安全壳中顶封头的外形结构示意图；

图2为现有技术中顶封头组装支架的结构示意图；

图3为本发明钢制安全壳中顶封头组装支架的结构示意图；

图4为本发明中边缘支架的结构示意图；

图5为本发明中相邻内部支架之间连接的结构示意图；

图6为图5中可伸缩装置的结构示意图；

图7为采用本发明的组装支架对核电站钢制安全壳顶封头进行组装时的流程示意图；

图8为本发明组装支架与顶封头中不同层钢板之间的位置关系示意图；

图9为采用本发明组装支架对顶封头中不同层钢板进行组装的示意图；

图10为本发明中内部立柱数量与钢板数量相同时底层钢板的拼装示意图；

图11为本发明中内部立柱数量为钢板数量一半时底层钢板的拼装示意图；

图12为本发明中内部立柱对不同层钢板进行支撑时的支撑点位置示意图；

图13为对底层钢板进行形变量模拟分析时获得的钢板形变量分布图；

图14为对中下层钢板进行形变量模拟分析时获得的钢板形变量分布图；

图15为对中上层钢板进行形变量模拟分析时获得的钢板形变量分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细介绍。

结合图1和图3所示，本发明的核电站钢制安全壳顶封头组装支架，包括边缘支架20和内部支架30。其中，边缘支架20，根据顶封头10的下口半径尺寸与在地面固定连接。内部支架30，根据顶封头10中底层钢板11、中下层钢板12以及中上层钢板13在地面上的投影位置与在地面固定连接，并且内部支架30的高度与对应钢板支撑点位置的高度相对应。

结合图4所示，边缘支架20包括两个边缘立柱21、一个横梁22以及两个斜撑23。其中，边缘立柱21的一端设有安装板24，并通过地脚螺栓或预埋件与地面固定连接，另一端设有支撑平台25。在支撑平台25上设有两个挡板26，两个挡板26之间留有间隙形成卡槽，用于插装固定底层钢板11。横梁22位于两个边缘立柱21之间，斜撑23的一端与边缘立柱21连接，另一端与地面连接。这样，通过横梁22和斜撑23可以提高边缘立柱21与地面连接的牢固性，保证对顶封头10的支撑稳定性。

此外，在支撑平台25上还设有垫板27，并且位于两个挡板26之间的开槽位置。在完成所有边缘支架20的固定后，借助全站仪对所有支撑平台25上表面的高度进行测量，并获得不同支撑平台25之间的高度差。根据该高度差，在支撑平台25上设置不同厚度的垫板27，使所有垫板27的上表面位于同一水平面，从而保证底层钢板11插入两个挡板24之间后，其下端面位于同一水平面内。同时，要使垫片27的上表面高度大于运输车的高度，使运输车可以直接进入顶封头10的下端，以便于运输车对顶封头10进行顶升和托运操作。

结合图5所示，内部支架30包括内部立柱31和可伸缩装置32。其中，内部支柱31的底部，通过地脚螺栓或预埋件与地面固定连接。可伸缩装置32与内部支柱31的顶部固定连接，并且可伸缩装置32可以沿内部立柱31的高度方向进行伸缩调整。沿圆周方向相邻的两个内部支架30之间通过内部横梁33和斜拉杆34固定连接，从而连接形成一个完整的环形支撑结构。

结合图6所示，可伸缩装置32包括底座321、球形端部322以及连接杆323。其中，底座321通过螺栓与内部立柱31的顶部固定连接，球形端部322对钢板的内壁进行接触支撑，连接杆323位于底座321和球形端部322之间。优选的，连接杆323采用螺纹杆结构。此时，连接杆323的一端与球形端部322固定连接，另一端通过螺纹与底座321连接，并借助螺母324进行连接杆323与底座321之间的固定。这样，通过相对于底座321对连接杆323进行旋转，可以调整球形端部322的高度，并通过螺母324对其进行位置固定，从而实现对内部支架30整体高度的调整，使球形端部322与钢板内壁保持稳定接触，保证内部支架30对钢板支撑的准确性和稳定性。

结合图7所示，采用本发明的核电站钢制安全壳顶封头组装支架对顶封头进行组装时的具体步骤为：

步骤一，进行组装支架的安装。结合图8所示，根据顶封头10的结构尺寸，对边缘支架20和内部支架30进行安装及位置固定。

优选的，根据顶封头10下口半径尺寸，在地面上设置一圈与其对应的边缘支架20，其中边缘支架20的数量与底层钢板11中的钢板数量相同，并且沿圆周方向均匀布置。这样，底层钢板11中的每一块钢板可以由两个边缘立柱21进行支撑固定。

优选的，在边缘支架20围成的圆圈内部设置三圈内部支架30，分别为用于支撑底层钢板11的第一圈支架301，用于支撑中下层钢板12的第二圈支架302以及用于支撑中上层钢板13的第三圈支架303。这样，第一圈支架301和第二圈支架302中的一个内部立柱31与一块钢板相对应，第三圈支架303中的两个内部立柱31与一块钢板相对应，即底层钢板11和中下层钢板12中的一块钢板由一个内部立柱31进行支撑，中上层钢板13中的一块钢板由两个内部立柱31进行支撑。

步骤二，进行顶封头的组装。结合图9所示，在完成边缘支架20和内部支架30的全部安装工作和检查工作后，沿顶封头10中由边缘指向中心的方向，依次对底层钢板11、中下层钢板12、中上层钢板13以及顶层钢板14进行同一层内钢板以及相邻层钢板之间的拼装和固定。

优选的，结合图10所示，在本发明中对内部支架30进行设置时，第一圈支架301中内部立柱31的设置数量与底层钢板11中钢板数量相等，第二圈支架302中内部立柱31的设置数量与中下层钢板12中钢板数量相等，第三圈支架303中内部立柱31的设置数量等于中上层钢板13中钢板数量的2倍，并且所有内部立柱31沿其所在圆的圆周方向均匀布置。

此时，在对底层钢板11进行拼装时，每一块钢板的下端通过边缘支架20中的两个边缘立柱21进行支撑，内壁通过一个内部立柱31进行支撑，形成三点支撑固定。在对中下层钢板12进行拼装时，首先在每一块钢板下边缘的外表面位置，即与底层钢板11进行连接的一端，通过点焊的方式设置两个定位块15，然后吊装过程中，将该钢板中的定位块15搭设在已经完成组装的底层钢板11的表面上，将该钢板的内壁与第二圈支架302中的内部立柱31支撑接触，形成三点支撑固定。同理，在对中上层钢板13进行拼装时，同样通过设置定位块15以及第三圈支架303中的两个内部立柱31，对中上层钢板13中的钢板形成四点支撑固定。同样，也可以根据现场情况，在钢板上设置多个定位块15，以便于提高对钢板的支撑稳定性。

此外，在完成同一层钢板中相邻钢板之间的拼装后，还可以在该相邻钢板之间的纵缝上设置多个卡具。这样，通过卡具可以对该相邻钢板之间的间隙以及两者之间的位置关系进行微调整，使其满足设计要求后再进行焊接固定。

另外，为了提高钢板在拼装过程中的稳定性，尤其是当每一层钢板中的第一块钢板与第二块钢板进行固定连接前，第一块钢板在三点支撑固定时的稳定性，在拼装每一层钢板的第一块钢板时，可以在第一块钢板上设置缆风绳16。这样，在缆风绳16的辅助固定下，可以增强钢板拼装过程的稳定性，提高其抗外界干扰的能力。

优选的，结合图11所示，在本发明中对内部支架30中内部立柱31的数量还可以进行减半设置。其中，第一圈支架301中内部立柱31的设置数量等于底层钢板11中钢板数量的一半，第二圈支架302中内部立柱31的设置数量等于中下层钢板12中钢板数量的一半，第三圈支架303中内部立柱31的设置数量等于中上层钢板13中钢板的数量。这样，可以进一步减少对支架材料的使用量，增大支架内部的操作空间，以便于操作工人更方便的进行拼装和焊接操作，提高整个施工效率。

此时，第一圈支架301和第二圈支架302中的内部立柱31同样沿圆周方向均匀布置，但是第三圈支架303中的内部立柱31以两个为一组，并且以组为单位进行圆周方向的均匀布置。这样，在每一层钢板中，一半数量的钢板可以直接得到内部立柱31的支撑，另一半数量的钢板不能得到内部立柱31的支撑，并且这两种钢板是相互交替分布设置的，即相邻的两个钢板中，一个钢板与内部立柱31相对应可以得到支撑，另一个钢板没有与其对应的内部立柱31进行支撑。

这样，在进行每一层钢板的组装时，首先对该层中可以直接得到内部立柱31支撑的钢板进行拼装，即通过边缘立柱21和内部立柱31完成对底层钢板11的三点支撑固定，通过定位块15和内部立柱31分别完成对中下层钢板12的三点支撑固定和对中上层钢板13的四点支撑固定，然后再对剩余的钢板进行拼装，通过在剩余钢板上设置定位块15将其插装搭设在已经完成拼装的钢板之间。同样，在对可以直接得到支撑的钢板进行拼装时，可以在该钢板上设置缆风绳16进行辅助固定。

另外，对于顶层钢板14的组装，首先在地面进行顶层钢板14的自身拼装和焊接，即当顶层钢板14是由多块弧形的钢板组成时，先将其拼装为一个整体，然后通过对其整体吊装，将其与中上层钢板13进行固定连接。这样，不仅可以减少高空作业，而且在地面上进行其自身的拼装，还可以提高其拼装的质量和效率。

进一步优选的，为了保证采用本发明的组装支架，对底层钢板11和中下层钢板12进行三点支撑固定以及对中上层钢板13进行四点支撑固定时，钢板的形变量满足设计要求，即钢板的最大形变量不能超过该钢板的厚度尺寸，对内部立柱31的固定位置作进一步精准定位。

结合图12所示，沿顶封头10在地面上投影中由边缘指向中心的方向，第一圈支架301中的内部立柱31位于底层钢板11在地面上投影的约4/5位置处，第二圈支架302中的内部立柱31位于中下层钢板12在地面上投影的约2/3位置处，第三圈支架303中的内部立柱31位于中上层钢板13在地面上投影的约2/3位置处。沿顶封头10在地面上投影的圆周方向，第一圈支架301和第二圈支架302中的内部立柱31位于对应钢板在地面投影的中间位置处，第三圈支架303中支撑同一块钢板的两个内部立柱31分别位于对应钢板在地面投影的1/4和3/4位置处。

接下来，通过SAP2000结构分析软件，对采用上述支撑位置的钢板进行形变量的模拟分析。本次模拟分析以CAP1000核电中的顶封头为例，根据该顶封头中位于不同位置钢板的尺寸和重量参数，计算钢板在其自身重量的作用下所产生的形变量大小。其中，CAP1000核电中顶封头钢板的板厚尺寸为41.3mm，即钢板的最大形变量设计要求为41.3mm。

图13为对底层钢板11进行形变量模拟分析时，获得的形变量分布图。通过图13可以直观发现，底层钢板11的最大形变量发生在靠近边缘支架20一端1/5处的两侧位置，并且最大形变量约为6mm，远远小于钢板的最大形变量值41.3mm。图14为对中下层钢板12进行形变量模拟分析时，获得的形变量分布图。通过图14可以直观发现，中下层钢板12的最大形变量发生在靠近底层钢板11一端1/3处的两侧位置，并且最大形变量约为18mm，远远小于钢板的最大形变量值41.3mm。图15为对中上层钢板13进行形变量模拟分析时，获得的形变量分布图。通过图15可以直观发现，中上层钢板13的最大形变量发生在靠近中下层钢板12一端的中间位置，并且最大形变量约为3mm，远远小于钢板的最大形变量值41.3mm。

综上所述，通过SAP2000结构分析软件对CAP1000核电中顶封头进行形变量的分析可知，采用本发明的组装支架对顶封头中的钢板进行支撑组装时，在钢板自重作用下产生的最大形变量都小于钢板的厚度尺寸，即小于钢板设计的最大形变量要求，满足顶封头的组装要求。