核电站恒力支吊架选型设计

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1、核电站恒力支吊架选型设计摘要本文从恒力支吊架的力学原理入手，对比分析了核电站常用恒力支吊架的结构形式，得出主辅弹簧式恒力支吊架更适宜在核电站推广使用的结论；总结了核电站恒力支吊架的选型设计方法及注意事项。　　关键词恒力支吊架；力学原理；选型设计；注意事项　　1恒力支吊架在管系中的功能　　核电站一回路的主蒸汽、主给水系统及二回路的专设安全设施、核辅助系统的部分管道经常在较高的温度下工作，如果这些管道因材料热胀冷缩产生的变形受阻，就会在管系中产生较大的二次应力，对管系中的管件造成破坏，此时就需在适当的位置设置弹簧支

2、吊架来使管系具有一定的柔性，以释放这种热变形。　　由于管道在运行过程中（冷态或热态）会受到弹簧支吊架与其重量不平衡的附加力，而且管道竖直位移愈大，其载荷变化率也愈大。RCC-M中H篇规定，变力弹簧载荷变化率：　　Δ=≤25%（其中：K为弹簧刚度系数；位移量是指弹　　簧运行过程中最远点和最近点的距离；Pmax为正常工况下的最大载荷）。为了把载荷变化率控制在这个范围，弹簧支吊架只适用于管道垂直位移不太大的场合，以减少弹簧的变形量。但是部分悬吊点的位移很大，会产生几十甚至上百毫米的位移，此时若仍采用变力弹簧支吊架，弹

3、簧的载荷变化率就会超过规范要求，此时就必须采用恒力支吊架。　　恒力支吊架是一种支承力不随支承力方向的位移发生变化的柔性支承，可避免系统运行过程中弹簧带来的附加力。RCCM中H篇规定，恒力支吊架在整个移动范围内包括摩擦力在内的支承力变化　　率Δ=2≤16%，此支承力变化率由载荷试验确定。　　2核电站常用恒力支吊架的力学原理分析　　核电站常用恒力支吊架按结构类型可分为重锤式恒力支吊架和弹簧式恒力支吊架，重锤式恒力支吊架的原理是依据配重箱内配重块所产生的重力矩和管道载荷力矩平衡的原理制造的，此类型恒力吊架虽然可以达到

4、不错的恒定度，但由于受到配重块数量的限制，只适用于小载荷工况，不能满足大载荷的要求；弹簧式恒力支吊架按其设计原理可分为力平衡原理和力矩平衡原理两大派别，力矩平衡原理又分为三连机构和四连机构两大类别，均采用弹簧为储能元件，解决了载荷的问题。　　力平衡原理的代表是德国LESEGA公司，力平衡原理恒力支吊架主要由主弹簧、两辅助弹簧和摆动的刀形凸轮组成。因此又称主辅弹簧式恒力支吊架，其工作原理及结构简图如图1所示，两辅助弹簧和刀形凸轮分别设置在主压缩弹簧的两侧。主弹簧压缩时的力-位移特性曲线为三角形，辅助弹簧和刀形凸轮

5、在运动中可将此三角形补成矩形，达到恒力输出的结果。　　由图1可以看出，载荷直接作用在主弹簧上，当主弹簧向下移动时，主弹簧上的小凸轮沿刀形凸轮移动，主、辅压缩弹簧产生的力均呈线性变化，主弹簧产生的力始终呈线性增大。在最高位置时，中间的主压缩弹簧不受力，机构的额定载荷全部由两侧的两个辅助弹簧在垂直向上方向上的合力产生，而两个辅助弹簧的水平力相互平衡；当小轮由最高位置向下运行至中间位置时辅助弹簧产生的合力为零，这时只有主弹簧承受载荷；在凸轮继续向下运行至最低位置时，辅助弹簧产生的合力方向与主弹簧相反。主、辅压缩弹簧产

6、生的两组力叠加，从而实现恒力支吊架在位移范围内输出为恒力。　　力矩平衡式恒力支吊架的主要代表是四连杆机构恒力支吊架，四连杆结构在设计上虽存在比较大的误差，可是这种误差是相对稳定的误差，所以四连机构原理的恒吊相应制定了部标和国标。而四连杆恒力弹簧在运行过程中，其轴线始终固定不动，便于对弹簧导向，从而改善工作性能。　　四连杆弹簧式恒力支吊架的结构简图见图2，四根杆分别为OA，OB，BC和CD，O为回转中心，杆OA和OB为刚性连接，E为滑道，M为圆柱螺旋压缩弹簧，B和C为铰接。在机构运行过程中，忽略支铰和滑道处的摩擦

7、，根据力矩平衡原理，杆AOB上的力对回转中心O的力矩应该是平衡的。这就是四连杆弹簧式恒力支吊架的力学原理。　　从上述力学原理的分析可以看出，四连杆弹簧式恒力支吊架的缺点是：1）支吊点的运动轨迹是弧线，在垂直位移时必定会伴随着水平位移的产生，从而给支吊点带来额外的水平力；2）生根部分相对支吊点不对称，因而其生根部分的受力和空间布置比较复杂。　　主辅弹簧式恒力支吊架在布置及使用则有比较明显的优势：1）支吊点在运行中无侧移及水平附加力；2）整个机构的摩擦副减少了，此类恒力支吊架摩擦副仅存在于凸轮和轴承之间的一对，且这

8、种摩擦副只需在凸轮表面的精度上下点功夫，就可迎刃而解；3）安装方便。由于整个机构对称布置，只需配置一个悬吊点或直接搁置在钢梁上。4）调节载荷方便，只需调节中间主簧的预压量就可以达到调节载荷的目的。5）结构紧凑。整个机构的厚度尺寸小，可适用于空间紧张的位置布置。　　从上述分析可以看出主辅弹簧式更适合于核电站的使用环境，在核电站恒力支吊架类型的选择中，应优先选择此类恒力支吊架。　　3恒力支