压力容器提升装置的功能设计

朱辉

摘 要：从设备要完成的功能指标出发，参照同类设备的相关设计经验，结合与该功能有关的系统输入，进行理论计算和结构设计，通过功能实现的评价，得到设计的提升装置能够满足设备使用要求的结论。

关键词：反应堆；压力容器；提升装置

中图分类号：TH49 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）26-0093-02

机械设备的设计都要根据要完成的功能指标进行，在某反应堆压力容器的底部，有一些提升重物需要经过提升装置的作用，实现高度上的提升。为了配合设备其他功能，对提升行程和提升时间都有相关的指标要求。提升装置的功能设计，就是依据功能指标进行的结构设计。

1 提升装置的功能描述

提升装置安装在反应堆压力容器的上部法兰面，初步设计的提升装置主要由提升电机及中间传动链组成。传动链的末端通过连接杆与容器底部的承重平板相连，而提升重物又固定安装在承重平板上。提升装置的相关接口及功能如图1所示。

提升装置的功能目标就是通过电机的带动作用，经过中间传动链的传递，将位于反应堆容器底部的提升重物匀速提升一定高度H，为该设备完成其他功能的操作提供前提条件。

2 提升功能指标

根据设备整体要实现的各功能要求，确定提升装置提升功能主要指标如下：（1）提升行程为H；（2）提升时间为T。根据确定的功能指标进行电机选型、传动链零件设计[1]，设计完成后进行必要的分析、计算，以判断各零部件在满足自身结构完整性的前提下，能否实现上述指标，为设备的整体功能服务。

3 相关结构设计

为了完成提升功能，从下部提升重物至上部传动系统，整个提升线上的零部件之间应能实现可靠连接、有效传动。提升线上的主要零部件包括：提升重物、承重平板、连接杆、传动链齿轮齿条等零件，相邻零件之间的接口设计均考虑了可靠连接的要求，部分相邻接口设计介绍如下。

3.1 提升重物与承重平板的连接

为了实现提升功能，首先需要将提升重物固定安装在承重平板上。承重平板的开孔设计成“卡槽式”（见图2）形式，可以实现提升重物的快速装配、连接。

提升重物插入承重平板后，提升重物支承面与承重平板的上端面接触，此时提升重物不能继续下插。将提升重物旋转一定角度后，提升重物上的导向套筒随定位键向下滑落，定位键插入承重平板开孔的键槽内，此时提升重物呈“锁紧”状态，上下方向的位移被限制，同时不能发生相对转动。

3.2 连接杆分段之间的连接

连接杆设计为分段结构，一端设计为外螺纹，一端为内螺纹，螺纹的规格根据轴向所受载荷进行设计计算[2]，相邻连接杆装配时采用定距套、防转销。由于装配后需要对承重平板的水平度进行调节，因此连接杆的连接长度需要微调，定距套的宽度尺寸是现场配作，用于调节连接杆在轴向方向的总长度，以便连接杆末端与承重平板顺利实现螺纹连接。为了减小整个连接杆组件在径向方向的偏差，设计孔轴配合的结构来起到限位的作用。在连接杆轴向方向的总长度确定后，在相邻连接杆螺纹连接位置配作销孔，装防转销，相邻连接的连接杆实现有效连接，同时不会发生相对转动（见图3）。

3.3 末级齿轮与连接杆的连接

传动链系统升降齿条的升降运动是通过提升装置末级齿轮的驱动来实现，升降齿条的末端与连接杆通过螺纹连接（见图4）。当末级齿轮的驱动力大于附加在升降齿条上的阻力，齿条能够发生上下移动。驱动齿轮顺时针转动，可以带动齿条向下运动，反之，可以带动齿条向上运动。为了保证提升齿条稳步提升，设置侧边支承轮结构，齿条在运动过程中可以保持良好的对中性。

传动链系统其他各零件连接方式为：齿轮-齿轮，齿轮-传动轴，涡轮-蜗杆。齿轮与传动轴如果是对接，中间采用齿式联轴器作为连接件，如果齿轮套接在传动轴上，采用花键的结构形式[3]，保证齿轮与传动轴的固定连接。

4 功能实现及评价

提升运动功能是提升重物在提升装置传动系统的作用下，随承重平板、连接杆一起实现升降运动，提升功能的实现就是对功能指标的匹配，能够实现提升功能各个指标，即实现了整个提升运动功能。

4.1 “提升行程为H”的实现

提升装置首先具备基本的驱动力，即在提升的负载确定后，传动系统首先能够让提升重物“动起来”。提升负载、冲击载荷后，进行传动链零件设计，保证传动链上的各零件在满足強度的要求下，具备足够的提升能力。通过计算，选定的提升电机的额定功率大于负载（提升重物）所需的电机功率，所以当提升装置的电机工作时，经过传动链上各齿轮的传递作用，能够带动承重平板和提升重物一起实现提升。当提升目标部件升高H行程后，电机停止工作，提升行程指标顺利实现。

4.2 “提升时间为T”的实现

根据提升装置传动原理，进行传动链详细设计，确定每级各个齿轮的参数[1]，能够实现提升电机工作在一定转速时，经过传动系统的传动链作用，提升重物升高H距离所需的时间为T，能够实现提升时间的指标要求。

经过提升装置相关部件的结构设计，传动链计算与设计，最终设计的提升装置能够实现提升行程和提升时间的功能指标要求，设计是合理可行的。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化工出版社，2016，3.

[2]郭可谦，杨育中，佘公藩，等.紧固件连接设计手册[M]，北京：国防工业出版社，1996.

[3]邱宣怀.机械设计[M].北京：高等教育出版社，1997，7.endprint