俄羅斯VVER機(jī)組環(huán)行起重機(jī)

馬援東，陶 楓

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

0 引言

核電站環(huán)行起重機(jī)的功能需求、參數(shù)設(shè)置和結(jié)構(gòu)型式一般隨著核電站機(jī)組類(lèi)型的不同而存在較大差異。國(guó)內(nèi)正在運(yùn)行的核電站以及正在建設(shè)中的核電站主要有國(guó)產(chǎn)化的CPR1000機(jī)組以及M310機(jī)組、歐洲三代EPR機(jī)組、美國(guó)三代AP1000機(jī)組、俄羅斯準(zhǔn)三代VVER機(jī)組。連云港田灣核電站1，2號(hào)機(jī)組為俄羅斯VVER機(jī)組，其環(huán)吊整機(jī)從俄羅斯進(jìn)口。本文主要介紹田灣核電站1，2號(hào)機(jī)組環(huán)吊的主要功能、技術(shù)參數(shù)、關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)形式和性能特點(diǎn)，供起重機(jī)的設(shè)計(jì)制造人員和使用人員參考。

1 環(huán)吊的主要功能

俄羅斯VVER機(jī)組核電站廠房布置與一般核電站不同，燃料廠房位于核島廠房外，與核島廠房之間無(wú)專(zhuān)門(mén)的燃料運(yùn)輸通道。燃料的運(yùn)輸必須通過(guò)換料機(jī)、環(huán)行起重機(jī)、龍門(mén)吊、運(yùn)輸小車(chē)以及專(zhuān)用汽車(chē)聯(lián)合工作來(lái)實(shí)現(xiàn)。新燃料進(jìn)廠首先要在燃料廠房通過(guò)燃料專(zhuān)用吊車(chē)裝入專(zhuān)用吊籃，將吊籃運(yùn)至專(zhuān)用汽車(chē)上，運(yùn)輸?shù)胶藣u龍門(mén)吊下；通過(guò)龍門(mén)吊吊裝至核島運(yùn)輸閘門(mén)前的運(yùn)輸小車(chē)上，由運(yùn)輸小車(chē)將燃料運(yùn)至核島廠房?jī)?nèi)；然后通過(guò)環(huán)吊將燃料吊籃從運(yùn)輸小車(chē)上吊運(yùn)到燃料水池中，再通過(guò)裝卸料機(jī)將燃料取走換料。而乏燃料的外運(yùn)需要經(jīng)歷相反的過(guò)程。

VVER機(jī)組環(huán)吊需要執(zhí)行的主要功能如下：

（1）在核電站建設(shè)過(guò)程中，環(huán)吊主要用于反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆芯吊籃、保護(hù)管組件、上部組件等設(shè)備的吊運(yùn)和安裝。

（2）在核電站運(yùn)行過(guò)程中，環(huán)吊主要用于在停堆換料期間對(duì)壓力容器頂蓋、堆內(nèi)構(gòu)件等的吊裝、新燃料加料及放射性廢物的吊運(yùn)等。

由于需要完成乏燃料容器的吊運(yùn)，因此它具有一般核電站環(huán)吊和乏燃料容器吊車(chē)的雙重功能；由于需要承擔(dān)新燃料吊籃的吊裝，因此它是與核安全相關(guān)的設(shè)備；由于需要連接不同的專(zhuān)用起吊工具，因此主鉤吊具具有270°旋轉(zhuǎn)以及自動(dòng)穿軸功能。

2 環(huán)吊的主要技術(shù)參數(shù)

（1）起重量：主起升機(jī)構(gòu)為320t／140t；副起升機(jī)構(gòu)為32t／12t。

（2）起升行程：主起升機(jī)構(gòu)為30m；副起升機(jī)構(gòu)為34m。

（3）環(huán)形軌道直徑為Φ41.5m。

（4）起升速度：①主起升機(jī)構(gòu)：帶載為0m／min～1m／min，無(wú)載為0m／min～1.65m／min；②副起升機(jī)構(gòu)為0m／min～6.2m／min。

（5）運(yùn)行速度：大車(chē)回轉(zhuǎn)速度為0m／min～15m／min；小車(chē)運(yùn)行速度為0m／min～15m／min；吊具回轉(zhuǎn)速度為0.05r／min；吊具移軸速度為0.19m／min。

（6）回轉(zhuǎn)角度：吊車(chē)為±360°；吊具為±270°。

3 主要結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)

3.1 整體結(jié)構(gòu)

圖1 為VVER機(jī)組核電站環(huán)吊整體結(jié)構(gòu)示意圖，它主要由橋架、環(huán)吊旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、小車(chē)、中央門(mén)架、5t電動(dòng)葫蘆以及電氣控制設(shè)備等組成。電氣設(shè)備和控制裝置安裝在核島外部的電控室內(nèi)，供電電纜和控制電纜從電控室通過(guò)反應(yīng)堆廠房上的核級(jí)電氣貫穿件進(jìn)入核島內(nèi)部，再由敷設(shè)在廠房?jī)?nèi)壁上的電纜槽進(jìn)入到穹頂上部的維護(hù)平臺(tái)，再?gòu)拇颂幋怪毕蛳逻M(jìn)入起重機(jī)內(nèi)部。為便于設(shè)備的維修吊運(yùn)，在穹頂上安裝有10t滑輪組，其卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝在堆廳平臺(tái)上；為了方便檢修穹頂上的噴淋管道，在小車(chē)上安裝了一個(gè)液壓升降平臺(tái)，此裝置平時(shí)放置在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，需要時(shí)通過(guò)穹頂上的10t滑輪組吊裝到小車(chē)上；司機(jī)室僅在電站建設(shè)期間臨時(shí)使用，在電站運(yùn)行期間通過(guò)控制室內(nèi)的操作臺(tái)操作。

圖1 VVER機(jī)組核電站環(huán)吊整體結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 主起升機(jī)構(gòu)

主起升機(jī)構(gòu)在安裝期間需要起吊蒸汽發(fā)生器和壓力容器等重型設(shè)備，額定起重量為320t；在停堆換料期間需要起吊壓力容器頂蓋、堆芯吊籃和乏燃料容器等設(shè)備，臨界載荷起重量為140t，其設(shè)計(jì)和制造滿足俄羅斯核電站起重機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。圖2 為主起升機(jī)構(gòu)的布置圖。

圖2 主起升機(jī)構(gòu)布置圖

兩臺(tái)內(nèi)部帶制動(dòng)器的變頻電機(jī)分別通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)行星減速機(jī)的兩根高速軸，在減速機(jī)的低速軸上通過(guò)卷筒聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)一個(gè)雙聯(lián)卷筒。行星減速機(jī)有兩根高速軸，一根高速軸為通過(guò)中間輪與行星包外齒圈相嚙合的小齒輪的軸，這根軸從減速機(jī)的兩側(cè)伸出，內(nèi)側(cè)通過(guò)帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)1號(hào)相連，外側(cè)安裝有應(yīng)急手動(dòng)裝置。行星減速機(jī)的另一根高速軸為行星包太陽(yáng)輪軸，這根軸從減速機(jī)的外側(cè)伸出，通過(guò)帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)2號(hào)相連。對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)2號(hào)的減速機(jī)內(nèi)側(cè)的軸為行星架的軸伸，其上安裝有安全制動(dòng)器的制動(dòng)輪。

該主起升機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

（1）采用雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)調(diào)整行星部分和外嚙合部分的速比配合，可以得到快、慢兩種速比。當(dāng)其中任意一臺(tái)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障后，該高速軸的電動(dòng)機(jī)內(nèi)部制動(dòng)器與緊急制動(dòng)器抱閘；另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)可以單獨(dú)運(yùn)行，并保證能以1／2額定速度連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，將吊運(yùn)的設(shè)備安全平穩(wěn)地放回到指定地點(diǎn)，在此工況下傳動(dòng)鏈中任何一個(gè)零件都不過(guò)載。采用這種方案，提高了起升機(jī)構(gòu)的安全可靠性和使用性能。

（2）起升機(jī)構(gòu)設(shè)有電機(jī)內(nèi)部制動(dòng)器、緊急制動(dòng)器和安全制動(dòng)器。一般情況下緊急制動(dòng)器滯后于電機(jī)內(nèi)部制動(dòng)器上閘；安全制動(dòng)器在傳動(dòng)鏈出現(xiàn)事故情況下起作用，它安裝在行星減速機(jī)的行星架軸伸上，此軸所需要的制動(dòng)力矩比電機(jī)軸上的力矩大一級(jí)傳動(dòng)比的倍數(shù)，但遠(yuǎn)小于卷筒上的力矩。當(dāng)減速機(jī)行星包以前的部件出現(xiàn)故障時(shí)，安全制動(dòng)器上閘，保證所吊運(yùn)的重物不會(huì)墜落。當(dāng)減速機(jī)行星包以后的部件出現(xiàn)故障時(shí)，安全制動(dòng)器起不到安全作用，但減速機(jī)行星包以后的部件轉(zhuǎn)速較低，出現(xiàn)故障的幾率很小。

（3）具有重物調(diào)平系統(tǒng)。主起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)采用兩根鋼絲繩非交叉纏繞，滑輪的倍率為8，兩根鋼絲繩的受力通過(guò)鋼絲繩平衡杠桿達(dá)到均衡。以環(huán)吊吊裝長(zhǎng)10.4m、重量180t的反應(yīng)堆吊籃為例，由于吊籃和吊具本身重量的不均衡，在吊裝過(guò)程中將導(dǎo)致吊籃在垂直方向上的歪斜，易造成吊籃與導(dǎo)軌的擦傷，需要通過(guò)強(qiáng)行調(diào)整鋼絲繩平衡杠桿的水平度來(lái)使吊籃處于垂直位置。調(diào)整驅(qū)動(dòng)裝置為電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)一個(gè)減速機(jī)，在減速機(jī)的低速軸上通過(guò)一個(gè)開(kāi)式齒輪驅(qū)動(dòng)鋼絲繩平衡杠桿上的扇形齒輪。

3.3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

環(huán)吊旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用四角獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式，如圖3 所示。電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)減速機(jī)的高速軸，在減速機(jī)的低速軸上通過(guò)浮動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。為保證車(chē)輪走理想的圓弧形，16個(gè)車(chē)輪安裝在旋轉(zhuǎn)圓弧的切向方向，車(chē)輪的軸線始終指向旋轉(zhuǎn)中心。

圖3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖

由于車(chē)輪踏面為圓柱形，在環(huán)吊沿環(huán)形軌道作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，車(chē)輪踏面的內(nèi)側(cè)和外側(cè)所走的距離不相等，在車(chē)輪與軌道接觸處存在著滾動(dòng)和滑動(dòng)的疊加，可能會(huì)增加車(chē)輪的磨損。但從田灣核電站1號(hào)機(jī)組環(huán)吊使用情況來(lái)看，車(chē)輪磨損不是很明顯。這與環(huán)吊的實(shí)際工作級(jí)別低、環(huán)形軌道上表面為圓弧形、車(chē)輪與軌道之間為點(diǎn)接觸有關(guān)。

3.4 320t吊具

與其他核電站環(huán)吊的吊裝需求不同，俄羅斯VVER機(jī)組環(huán)吊在吊裝過(guò)程中既要求帶著重物的吊具能夠水平旋轉(zhuǎn)270°，又要求在吊叉下方帶有電動(dòng)穿軸機(jī)構(gòu)，以快速穿上和卸下各種起吊工具。如圖4 所示，320t吊具主要由滑輪組、吊鉤螺母、吊鉤橫梁、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、穿軸機(jī)構(gòu)、吊叉及吊鉤組成。

由內(nèi)部帶制動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶力矩限制器的聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)，減速機(jī)的低速軸上帶有一個(gè)小齒輪與安裝在吊叉上的大齒輪相嚙合，從而帶動(dòng)吊叉旋轉(zhuǎn)。由內(nèi)部帶制動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)，減速機(jī)低速軸上帶有一個(gè)小鏈輪與安裝在螺桿上的大鏈輪相嚙合，大鏈輪帶動(dòng)螺紋桿旋轉(zhuǎn)，螺紋桿與吊叉軸內(nèi)部的螺紋相配合，通過(guò)螺紋桿的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)吊叉軸的水平移動(dòng)。

4 結(jié)論

田灣核電站1號(hào)機(jī)組環(huán)吊投用至今，經(jīng)歷了工程設(shè)備安裝及多個(gè)換料周期和大修，在吊車(chē)使用期間雖然也暴露了一些小問(wèn)題，如自動(dòng)定位精度以及吊具平衡性較差，但運(yùn)行情況一直處于良好狀態(tài)，滿足了核電站建設(shè)期間和運(yùn)行期間各種工況的使用要求。其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和技術(shù)特點(diǎn)，使之成為目前核電站環(huán)吊中功能最全面的環(huán)行起重機(jī)。

圖4 320t吊具