外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构、鼓网和相关方法

技术领域

本发明涉及旋转过滤设备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构、鼓网和相关方法。

背景技术

鼓形旋转滤网(简称鼓网)是一种普遍安装在大型火力发电厂或核电厂循环水过滤系统中的旋转过滤设备，用于有效去除水中大于网孔的鱼虾及杂物。鼓形滤网作为核电厂冷源“纵深防御”体系中抵御海生物的最后一级大型过滤设备，其性能直接决定了电厂冷源安全性和机组安全稳定运行。

目前，相关技术中的鼓网主要为“外进内出”和“内进外出”两种类型。“外进内出”型鼓网双侧进水，中间出水，如图1所示。虽然“外进内出”型鼓网在海生物防控方面优势明显，也不排除滤网的网孔被突然爆发的海生物堵塞情况。在此情况下，可能会出现2m极限压差，此时鼓网骨架结构上会受到的超过两百吨的浮力作用。另外，鼓网功能要求明确该设备在安全停堆地震中和地震后具有可操作性。在滤网堵塞及安全停堆地震两种极端工况下，鼓网同时受到驱动力、水流冲击、自重以及海生物重力等多种载荷作用。随着滤水量需求增大，鼓网尺寸也在增大，现今外进内出型鼓网直径最大可达到22m，宽度达8m，轮缘角钢多通过单侧设置连接件进行连接，如图2所示。

随着鼓网尺寸增大，其整体强度和刚度较差，在骨架结构设计过程中发现轮缘角钢连接结构局部位置存在应力裕度不足情况。有鉴于此，实有必要针对应力裕度不足情况提出一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构，保证足够的应力裕度，以保证鼓网的安全性及功能性。

发明内容

本发明的发明目的在于：克服现有技术的至少一个缺陷，提供一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构、鼓网和鼓网优化方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构，包括轮缘角钢、位于所述轮缘角钢内侧且用于连接相邻所述轮缘角钢的内侧连接件、位于所述轮缘角钢外侧的密封压板，以及位于所述轮缘角钢外侧且用于连接相邻所述轮缘角钢的外侧连接件，所述内侧连接件、所述轮缘角钢和所述外侧连接件依次设置，通过第一螺栓、所述内侧连接件和所述外侧连接件连接相邻所述轮缘角钢，相邻两个所述密封压板的接缝处位于所述轮缘角钢的中部。

根据本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构的一个优选实施例，所述密封压板通过第二螺栓连接所述轮缘角钢的中部。

根据本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构的一个优选实施例，相邻所述轮缘角钢的接缝处和与其距离最近的相邻所述密封压板的接缝处形成的圆心角夹角为6.5度。

根据本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构的一个优选实施例，所述连接件为槽型钢，所述外侧连接件采用垫板。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种外进内出型鼓网，其包括网框组件、辐条组件、主轴、轮毂、轮缘角钢连接结构和圈梁组件，所述网框组件连接所述轮缘角钢连接结构，所述网框组件通过所述辐条组件连接所述轮毂，所述轮毂连接所述主轴，所述轮缘角钢连接结构采用本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构。

根据本发明外进内出型鼓网的一个优选实施例，所述圈梁组件包括若干顺次连接的圈梁子钢件，所述圈梁子钢件通过第一连接件连接，所述第一连接件位于圈梁子钢件的一侧，相邻圈梁子钢件通过第二连接件连接，所述第二连接件位于圈梁组件另一侧。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种外进内出型鼓网的优化方法，所述鼓网采用本发明所述的外进内出型鼓网，所述优化方法包括：

S1、构建鼓网的有限元分析模型；

S2、对鼓网的有限元分析模型施加载荷，获得鼓网的应力分布情况；

S3、根据鼓网的应力分布情况，分析鼓网的应力裕度，若鼓网的应力裕度不满足第一预设标准，则舍弃该鼓网；若鼓网的应力裕度满足第一预设标准，则得到一种外进内出型鼓网；

S4、优化鼓网的结构，根据优化后的鼓网结构调整鼓网的有限元分析模型，返回S2。

根据本发明外进内出型鼓网的优化方法的一个优选实施例，优化方法还包括：

S5、在所有鼓网的应力裕度满足第一预设标准的鼓网中，选定一种鼓网结构。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构的设计方法，包括：

步骤一、构建鼓网的有限元分析模型；

步骤二、对鼓网的有限元分析模型施加载荷，获得轮缘角钢连接结构的应力分布情况；

步骤三、根据轮缘角钢连接结构不同位置的应力分布情况，分析轮缘角钢连接结构的应力裕度，若轮缘角钢连接结构的应力裕度不满足第二预设标准，则进行步骤四；若轮缘角钢连接结构的应力裕度满足第二预设标准，则一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构设计完成，设计得到的一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构为本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构；

步骤四、调整轮缘角钢连接结构，返回步骤二；所述调整轮缘角钢连接结构采用方法一和方法二中的至少一种，所述方法一为设置位于所述轮缘角钢外侧且用于连接相邻轮缘角钢的外侧连接件，所述方法二为改变相邻两个密封压板的接缝处的位置。

根据本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构的设计方法的一个优选实施例，所述若轮缘角钢连接结构的应力裕度满足第二预设标准，则一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构设计完成，具体过程为：若轮缘角钢连接结构的应力裕度满足第二预设标准，则判断是否符合第三标准，如果符合，则一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构设计完成，如果不符合，进行则进行步骤四。

相对于现有技术，本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构、鼓网和相关方法，通过相邻两个密封压板的接缝处和相邻两个轮缘角钢的接缝处错位设置，使得密封压板在做到密封的前提下，同时承担轮缘角钢连接件的功能，分担连接件的载荷作用，提高了轮缘角钢连接结构整体的连接强度，使密封压板的原结构和轮缘角钢的原结构无变更，不增加经济成本。通过增设外侧连接件提高了连接强度，能够在现有原轮缘角钢连接结构基础上进行实施，尽可能减少了经济成本，本发明有效降低了轮缘角钢连接结构的应力水平，提升了安全裕量，避免在使用中存在轮缘角钢连接结构局部位置应力裕量不足的情况，可有效延长各部件的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有鼓网的结构示意图。

图2为现有轮缘角钢连接结构的结构示意图。

图3为本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构的立体示意图。

图4为本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构的剖视示意图。

图5为本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构中，轮缘角钢的结构示意图。

图6为本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构中，密封压板的结构示意图。

图7为本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构中，内侧连接件的结构示意图。

图8为本发明外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构中，外侧连接件的结构示意图。

其中，

10、轮缘角钢连接结构；11、轮缘角钢；111、第一螺栓通孔；112、第二螺栓通孔；12、内侧连接件；13、密封压板；14、外侧连接件；15、第一螺栓；16、第二螺栓；20、网框组件；30、辐条组件；40、主轴；50、轮毂；60、圈梁组件。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

应当理解的是，本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当理解的是，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

实施例一

请参照图3和图4所示，本实施例提供了一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构，其包括轮缘角钢11、内侧连接件12、密封压板13、外侧连接件14、第一螺栓15。内侧连接件12位于轮缘角钢11内侧，外侧连接件14位于轮缘角钢11外侧，内侧连接件12、外侧连接件14和第一螺栓15共同作用实现相邻两轮缘角钢11的连接固定。请参见图5所示，轮缘角钢11上设有若干个第一螺栓通孔111，第一螺栓15的螺杆依次穿过内侧连接件12上的通孔、轮缘角钢11端部的第一螺栓通孔111、外侧连接件14上的通孔后，螺母固定，以实现相邻两轮缘角钢11的固定连接，密封压板13位于外侧。

需要说明的是，本说明书中，内侧均为临近鼓网主轴40的一侧，外侧为远离鼓网主轴40的一侧。图3中灰色部分为内侧连接件12，内侧连接件12实际被轮缘角钢11遮挡。

请继续参见图5所示，轮缘角钢11上设有若干个第二螺栓通孔112，密封压板13内侧接触轮缘角钢11外侧，相邻两密封压板13的接缝处位于轮缘角钢11的中部，即不同于现有技术中相邻两密封压板13的接缝处正对应相邻两轮缘角钢11的接缝处。密封压板13通过第二螺栓16连接轮缘角钢11，具体的，轮缘角钢11上设有若干第二螺栓通孔112，密封压板13上设有螺栓通孔，密封压板13的结构参见图6所示。根据本发明的一个实施方式，密封压板13的螺栓通孔位于其端部，密封压板13通过其上的螺栓通孔、第二螺栓16、轮缘角钢11上的第二螺栓通孔112连接在轮缘角钢11上。

本实施例不同于现有技术，密封压板13相对轮缘角钢11错位设置，相邻轮缘角钢11的接缝处称之为第一接缝处，相邻密封压板13的接缝处称之为第二接缝处，本实施例的连接结构中第一接缝处和与其距离最近的第二接缝处形成的圆心角夹角为6.5度，圆心为轮缘角钢11所属轮缘的圆心，圆心位于鼓网的主轴40上。密封压板13的接缝处和轮缘角钢11的接缝处形成6.5度夹角时，不仅保证了分担连接件的载荷作用，而且此时能够使密封压板13螺栓通孔与轮缘角钢11的第二螺栓通孔112对齐，即不改变现有轮缘角钢11和密封压板13的结构。

本实施例连接件为槽型钢，如图7所示。外侧连接件14采用垫板，如图8所示，本实施例中垫板的形状为平面型或者是形状贴合轮缘角钢11的曲面型，垫板上具有4个螺栓通孔，对应的，轮缘角钢11上也具有4个螺栓通孔。在本发明的一个优选实施例中，槽型钢厚度为10mm，垫板厚度为10mm。

本实施例的轮缘角钢连接结构10通过相邻两个密封压板13的接缝处和相邻两个轮缘角钢11的接缝处错位设置，即采用密封压板13错边弧度方式连接，使得密封压板13在做到密封的前提下，承担轮缘角钢11连接件的功能，分担连接件的载荷作用，提高了轮缘角钢连接结构10整体的连接强度，使密封压板13的原结构和轮缘角钢11的原结构无变更，不增加经济成本。

本实施例的轮缘角钢连接结构10通过增设外侧连接件14，在轮缘角钢11原连接件异侧接缝处同时设置外侧连接件14及内侧连接件12，通过增设外侧连接件14提高连接强度，不对现有轮缘角钢连接结构10原结构各构件进行变更，在现有原轮缘角钢连接结构基础上进行实施，尽可能减少了经济成本。此外，对轮缘角钢连接结构10进行改进，有效降低了轮缘角钢连接结构10的应力水平。外侧连接件14厚度可根据应力情况进行调整，实施灵活、便捷、高效。

本实施例的轮缘角钢连接结构10提升了安全裕量，避免在使用中存在轮缘角钢连接结构10局部位置应力裕量不足的情况，尤其是对于内侧连接件12来说，当内侧连接件12局部区域在应力过大时，安全裕量仍然充足，本实施例的轮缘角钢连接结构10保证了鼓网的安全性及功能性，应力水平降低，可有效延长各部件的使用寿命。本实施例以最小的结构更改，实现轮缘角钢连接结构10应力改善及优化。

实施例二

本实施例提供了一种外进内出型鼓网，鼓网包括轮缘角钢连接结构10，轮缘角钢连接结构10采用上述一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构。

具体的，鼓网包括网框组件20、辐条组件30、主轴40、轮毂50、轮缘角钢连接结构10、圈梁组件60，网框组件20连接轮缘角钢连接结构10构成外进水网，网框组件20通过辐条组件30连接轮毂50，轮毂50连接主轴40。

本实施例中，圈梁组件60包括圈梁子钢件，圈梁子钢件顺次连接构成圆形的圈梁组件60，相邻圈梁子钢件通过第一连接件连接，本实施例中相邻圈梁子钢件还通过第二连接件连接，第一连接件和第二连接件分设在圈梁子钢件的两侧，通过螺栓、第一连接件和第二连接件同时连接两个圈梁子钢件，如此设计可改善圈梁组件60的应力情况。

可以理解得是，鼓网采用上述轮缘角钢连接结构10，使得鼓网提升了安全裕量，避免在使用中存在轮缘角钢连接结构10局部位置应力裕量不足的情况，以最小的结构更改，实现鼓网应力改善及优化，保证了鼓网的安全性及功能性。

实施例三

对于上述实施例二提供的外进内出型鼓网，本实施例提供了一种外进内出型鼓网的优化方法，包括如下步骤：

S1、构建鼓网的有限元分析模型；

根据鼓网的结构，通过壳单元、实体单元、梁单元模拟鼓网的骨架结构。

本实施例中，先实体建模，先利用点、线、面生成一个三维模型，然后生成有限元模型。

S2、对鼓网的有限元分析模型施加载荷，获得鼓网的应力分布情况；

在模型中施加载荷，需要考虑鼓网在各工况下的载荷组合，主要考虑自重、各工况水压、SSE(安全停堆地震)反应谱、驱动力矩及捞污斗在水中所受阻力，并考虑载荷组合最大化。施加最大的载荷，分析计算各工况下鼓网的各部件的应力分布情况，也可以只分析计算各工况下鼓网某一部件(例如轮缘角钢连接结构10)的应力分布情况。

S3、根据S2得到的载荷损耗，分析鼓网的应力裕度(例如可以是只获得轮缘角钢连接结构10的各部件的应力裕度)，判断鼓网的应力裕度是否满足第一预设标准；若鼓网的应力裕度不满足第一预设标准，则舍弃该鼓网；若轮缘角钢连接结构10的应力裕度满足第一预设标准，则得到一种外进内出型鼓网；

本实施例中，第一预设标准为规范核电规范标准RCC-M中的应力评定准则。载荷损耗计算完成后，获得各工况下鼓网各部件或鼓网某一部件的应力云图，对部件的薄膜应力、弯曲应力、螺栓的载荷进行提取，根据规范核电规范标准RCC-M中的应力评定准则对各部件的应力情况进行评价，确认鼓网各部件的应力裕度情况，包括轮缘角钢连接结构10的应力裕度情况，可包括挤压应力裕度、拉伸应力裕度、弯曲应力裕度等。

S3结束后，可进行S4，也可进行S5。进行S5的前提条件是具有至少两种鼓网结构。

S4、根据应力裕度，优化鼓网的结构，根据优化后的鼓网结构调整有限元分析模型，以调整后的有限元分析模型重复执行S2和S3；

优化鼓网的结构的方法为：调整外侧连接件14(尺寸或结构)、或调整内侧连接件12(尺寸或结构)、调整相邻轮缘角钢11的接缝处和与其距离最近的相邻密封压板13的接缝处形成的圆心角夹角大小，这些方式仅为例举，并非限定。

S5、在所有鼓网的应力裕度满足第一预设标准的鼓网中，选定一种鼓网结构，得到最终优化后的鼓网；

选定时，可考虑经济成本、也可考虑过滤效果。

本实施例公开的方法能够优化鼓网结构，基于此方法能够得到更高性能更高安全性的鼓网。

下面示例一种通过上述方法的应用示例，如表1所示。

实施例四

本实施例提供了一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构的设计方法，通过此设计方法，设计出实施例一的轮缘角钢连接结构10，设计方法包括：

步骤一、构建鼓网的有限元分析模型；

构建现有的鼓网的有限元分析模型，鼓网包括网框组件20、辐条组件30、主轴40、轮毂50、轮缘角钢连接结构10、圈梁组件60，网框组件20连接轮缘角钢连接结构10构成外进水网，网框组件20通过辐条组件30连接轮毂50，轮毂50连接主轴40。轮缘角钢连接结构10包括轮缘角钢11、位于轮缘角钢11内侧且用于连接相邻轮缘角钢11的内侧连接件12、以及位于轮缘角钢11外侧的密封压板13，相邻两密封压板13的接缝处正对应相邻两轮缘角钢11的接缝处。根据鼓网的结构，通过壳单元、实体单元、梁单元模拟鼓网的骨架结构。本实施例中，先实体建模，先利用点、线、面生成一个三维模型，然后生成有限元模型。

步骤二、对鼓网的有限元分析模型施加载荷，获得轮缘角钢连接结构10的载荷损耗；

在模型中施加载荷，需要考虑鼓网在各工况下的载荷组合，主要考虑自重、各工况水压、SSE(安全停堆地震)反应谱、驱动力矩及捞污斗在水中所受阻力，并考虑载荷组合最大化。施加最大的载荷，分析计算各工况下轮缘角钢连接结构10各个部件的各个位置的载荷损耗。

步骤三、根据轮缘角钢连接结构10不同位置的载荷损耗，分析轮缘角钢连接结构10的应力裕度，若轮缘角钢连接结构10的应力裕度不满足第二预设标准，则进行步骤四；若轮缘角钢连接结构10的应力裕度满足第二预设标准，则一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构设计完成，设计得到的一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构为实施例一所述的外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构；

载荷损耗计算完成后，获得各工况下轮缘角钢连接结构10各部件的应力云图，对构件的薄膜应力、弯曲应力、螺栓的载荷进行提取，第二预设标准为规范核电规范标准RCC-M中的应力评定准则，根据规范核电规范标准RCC-M中的应力评定准则对各部件的应力情况进行评价，确认轮缘角钢连接结构10各部件的应力裕度情况。

进一步的，上述若轮缘角钢连接结构10的应力裕度满足第二预设标准，则外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构设计完成，具体过程为：若轮缘角钢连接结构10的应力裕度满足第二预设标准，则判断是否符合第三标准，第三标准可以是经济成本要求，如果符合则一种外进内出型鼓网轮缘角钢连接结构设计完成，如果不符合，进行则进行步骤四。

步骤四、根据轮缘角钢连接结构10各部件的应力裕度情况，调整轮缘角钢连接结构10，返回步骤二；所述调整轮缘角钢连接结构10采用方法一和方法二中的至少一种，方法一为设置位于所述轮缘角钢11外侧且用于连接相邻轮缘角钢11的外侧连接件14，方法二为改变相邻两个密封压板13的接缝处的位置。方法一包括设计所述外侧连接件14的结构和尺寸，也就是方法一包括添加外侧连接件14，也包括重新设计所述外侧连接件14的结构和尺寸。

基于上述设计方法，也可以作为轮缘角钢连接结构10的优化方法。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

还需要说明的是，在本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。