400噸固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)升級改造為530噸方案分析

周凡佳

（江蘇核電有限公司，連云港 222042）

400噸固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)升級改造為530噸方案分析

周凡佳

（江蘇核電有限公司，連云港 222042）

本文重點(diǎn)分析田灣核電站自備碼頭400噸固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)升級改造為530噸的項(xiàng)目方案，載荷試驗(yàn)成功，表明530噸固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)可以進(jìn)入正常的工作狀態(tài)，成為長江以北區(qū)域內(nèi)載重量最高的固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)。

田灣核電站 自備碼頭 固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)

田灣核電站自備碼頭400噸固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)始建于2001年4月，至2004年6月完成田灣一期18批次的大件轉(zhuǎn)運(yùn)工作。其中，起吊最重件為壓力容器（329噸），2007年已辦理了停用手續(xù)。田灣核電站擴(kuò)建工程3、4號機(jī)組的最重設(shè)備為發(fā)電機(jī)定子，設(shè)備本體約462噸，加上底座、吊索具、平衡梁，起重重量達(dá)到500噸。經(jīng)過對原吊機(jī)檢測評估，并從可行性、安全性、經(jīng)濟(jì)性三方面綜合考慮，將400噸固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)升級改造為530噸，以滿足3、4號機(jī)組所有大件設(shè)備吊裝運(yùn)輸要求。

1　起重機(jī)分析

田灣核電站自備碼頭400噸固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)升級改造為530噸，采用桁架支臂架。原400噸起重機(jī)的主機(jī)預(yù)埋圈、支撐圓筒部件可以重新利用到530噸起重機(jī)上，在圓筒部分以上的結(jié)構(gòu)件需要進(jìn)行升級改造。530噸固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)設(shè)計(jì)了主吊鉤，同時(shí)配置了125噸的副吊鉤，整體分為四項(xiàng)組成機(jī)構(gòu)，分別是主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。530噸起重機(jī)改造升級的過程中，需要遵循《起重機(jī)械安全規(guī)程》《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)范，目的是確保起重機(jī)改造及運(yùn)行的安全性。為了提高起重機(jī)的控制能力，整機(jī)均采用PLC控制系統(tǒng)，配合智能界面，有效控制起重機(jī)的各項(xiàng)機(jī)構(gòu)，從而促使其處于安全運(yùn)行的狀態(tài)，維護(hù)起重機(jī)的安全與可靠。下面將結(jié)合400噸起重機(jī)向530噸改造升級方案，分析起重機(jī)的工作條件及參數(shù)。

1.1起重機(jī)的工作條件

分析530噸起重機(jī)的在自備碼頭的工作條件，如：（1）起重機(jī)在非工作時(shí)，可承載風(fēng)速為55m/s，工作時(shí)的承載風(fēng)速為20m/s；（2）田灣核電站自備碼頭的相對濕度是85%；（3）地震基本烈度：6°；（4）使用環(huán)境溫度的最高、最低極限是40℃、-15℃。

1.2改造前后起重機(jī)的運(yùn)行參數(shù)

例舉起重機(jī)改造前后的運(yùn)行參數(shù)，如：（1）400噸起重機(jī)的最大起重力矩是10200T.M、530噸是11395T.M；（2）400噸起重機(jī)額定起重量主鉤400噸（10～25.5m）、副鉤125噸（10～39m），530噸起重機(jī)主鉤530噸（10～21.5m）、副鉤125噸（11～35m）；（3）400噸起重機(jī)主鉤升起速度2m/min（滿）、4m/min（空），副鉤升起速度6m/min（滿）、12m/min（空），530噸起重機(jī)主鉤、副鉤升起速度與400噸相同；（4）400噸起重機(jī)的變幅速度是3m/min，530噸是1.8m/min；（5）400噸起重機(jī)回轉(zhuǎn)速度是0.124r/m（360°），530噸起重機(jī)與之相同；（6）400噸起重機(jī)的電機(jī)總功率是690kW，530噸是654kW；(7)400噸和530噸起重機(jī)的電源均為AC380V 50Hz；（8）400噸起重機(jī)本機(jī)重量740噸，530噸起重機(jī)本機(jī)重量914噸。

2　起重機(jī)升級改造的要點(diǎn)

2.1主體機(jī)構(gòu)

2.1.1支撐圓筒

支撐圓筒是530噸起重機(jī)改造中的主要受力承載構(gòu)建。在400噸起重機(jī)原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提高三角板筋處的受力，可以加焊20mm板，以確保其強(qiáng)度能夠達(dá)到改造標(biāo)準(zhǔn)。筒體使用Q235-B鋼板卷，提升筒體的抗彎性能，各個(gè)連接部分均采用焊接的方式。530噸起重機(jī)的上滾道部分，架體、支座選擇整體焊接的方式，以保障起重機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.1.2回轉(zhuǎn)平臺

回轉(zhuǎn)平臺是530噸起重機(jī)的承載傳力構(gòu)件。轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)成箱型主梁，以十字方式固定，負(fù)責(zé)支撐回轉(zhuǎn)平臺。設(shè)計(jì)人員為了提高回轉(zhuǎn)的靈活性，安裝并焊接餃座后，設(shè)計(jì)鏜孔，保持平臺軸線與同軸度的垂直性即可。

2.1.3臂架

臂架采用無縫鋼管設(shè)計(jì)，鋼管材質(zhì)是Q390-C，四弦桿是φ273×20規(guī)格，腹桿是φ127×7規(guī)格，利用法蘭連接的方式，與鋼管桁架相連。臂架底部安裝傳感器，方便收集受力信息。伸臂桁架改造時(shí)，先焊接，再加工鏜孔，維持同軸度的穩(wěn)定性，為滑輪組提供優(yōu)質(zhì)的工作條件。

2.1.4人字架

人字架材料是Q345-C，頂部安裝滑輪組，方便主鉤、副鉤導(dǎo)向；轉(zhuǎn)臺表面設(shè)計(jì)扶梯，方便維修養(yǎng)護(hù)；人字架的前后撐桿都采用法蘭螺栓的連接形式，配合焊接工藝，保障本機(jī)配重250噸。

2.2 輔助機(jī)構(gòu)

2.2.1扶梯平臺

扶梯平臺在起重機(jī)中起到運(yùn)輸?shù)淖饔?。因此，需根?jù)530噸起重機(jī)的改造需求，設(shè)計(jì)扶梯平臺，提供維修、保養(yǎng)的支撐結(jié)構(gòu)，從而促使工作人員能夠在地面順利達(dá)到維修點(diǎn)。

2.2.2司機(jī)室

司機(jī)室設(shè)計(jì)在回轉(zhuǎn)平臺前端的右方，以聯(lián)動(dòng)臺為操作的主要平臺，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)操作。司機(jī)室改造中，比較典型的是工業(yè)監(jiān)視系統(tǒng)，必須可以監(jiān)控各個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)，同時(shí)將運(yùn)行信息顯示在司機(jī)室的顯示屏上，從而使司機(jī)可以全面掌握530噸起重機(jī)的工作狀態(tài)。

2.2.3電氣房

電氣房設(shè)計(jì)在主平臺右方，電氣房內(nèi)配置有冷暖空調(diào)，以促使電氣控制系統(tǒng)能夠處于合適的溫度中，從而保障電氣房的正常工作狀態(tài)。

2.2.4吊鉤

530噸起重機(jī)的主吊鉤設(shè)計(jì)了12餅滑輪，板式拉環(huán)；以人字架為繞向點(diǎn)，設(shè)計(jì)改向滑輪；主鉤中需要設(shè)計(jì)壓式負(fù)荷傳感器，收集主鉤的運(yùn)行狀態(tài)；副鉤為6餅滑輪，采用山字雙溝設(shè)計(jì)，同樣適用壓式負(fù)荷傳感器；在臂架頭部，設(shè)計(jì)滑輪的平衡點(diǎn)。

2.2.5鋼絲繩

鋼絲繩是吊鉤、滑輪結(jié)構(gòu)中的主要裝置，連接著整個(gè)運(yùn)動(dòng)裝置，能夠降低530噸起重機(jī)回轉(zhuǎn)運(yùn)行的受力。

2.3工作機(jī)構(gòu)

2.3.1變幅

變幅滑輪組提供了受力平衡的條件，臂架的受力必須要達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，即使一根鋼絲繩斷裂，也能用另外一根拉住，以保障變幅的準(zhǔn)確性。變幅滑輪和530噸起重機(jī)的臂架之間，使用固定拉索聯(lián)接的方式。

2.3.2主鉤起升

主鉤起升配置了2臺132kW的交流電動(dòng)機(jī)，以提供充足的運(yùn)行動(dòng)力；還要設(shè)計(jì)2臺獨(dú)立的卷取裝置。主鉤起升的驅(qū)動(dòng)過程較為明確，由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，分別經(jīng)過高速制動(dòng)器、低速制動(dòng)器，再經(jīng)過減速器，最終達(dá)到卷筒和鋼絲繩，驅(qū)動(dòng)主鉤運(yùn)行。

2.3.3副鉤起升

副鉤起升配置了2臺90kW的交流電動(dòng)機(jī)，其在530噸起重機(jī)的運(yùn)行稍微復(fù)雜，具體組成裝置為：交流變頻電動(dòng)機(jī)、中硬齒面減速器、高速軸制動(dòng)器、聯(lián)軸器、開式齒輪、卷筒、安全制動(dòng)器、限位開關(guān)、底座。

2.3.4回轉(zhuǎn)

530噸起重機(jī)配備二套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以減輕回轉(zhuǎn)機(jī)的運(yùn)行壓力。驅(qū)動(dòng)裝置是由2臺15kW的電動(dòng)機(jī)和1臺變頻器構(gòu)成，安裝在主梁的內(nèi)腔中?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，需要設(shè)置變頻電動(dòng)機(jī)、減速箱等，提高回轉(zhuǎn)的安全性，還要確?；剞D(zhuǎn)操作的獨(dú)立性，以排除錨定的干擾。

3　起重機(jī)的電控方案

田灣核電站自備碼頭400噸固定式回轉(zhuǎn)起重機(jī)到530噸升級改造的方案中，比較重要的部分是電控方案的改造，以致力于為530噸起重機(jī)提供充足的電控動(dòng)力。改造方案中的電控系統(tǒng)，采用整機(jī)變頻調(diào)速的方式，實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)控制，同時(shí)引入Profibus-dp通訊方式。下面將詳細(xì)分析530噸起重機(jī)改進(jìn)后的電控方案。

3.1電源部分

530t起重機(jī)電源可以分為三個(gè)部分：（1）供電方式，主電源使用三相四線，通過滑環(huán)接入起動(dòng)機(jī)的電氣房，連接總電源柜，控制電源使用AC220V直流24V，照明電源采用獨(dú)立的變壓器供電，以免影響起重機(jī)的電源負(fù)荷；（2）電機(jī)容量，不同機(jī)構(gòu)的電機(jī)容量不同，具體見表1；（3）工況，530噸起重機(jī)可以完成360°旋轉(zhuǎn)、起升、變幅等操作，主鉤、副鉤單獨(dú)工作，其余均可完成聯(lián)合作業(yè)。

表1　共機(jī)構(gòu)電機(jī)容量匯總

3.2PLC系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)可以提高530噸起重機(jī)的操作水平，同時(shí)提供數(shù)字化的控制方式。PLC系統(tǒng)連接了斷路器、傳感器等，專門用于控制操作系統(tǒng)，并準(zhǔn)確輸出各機(jī)構(gòu)指令。PLC系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了故障監(jiān)控操作，在電氣房內(nèi)安裝CMS，利用信息管理系統(tǒng)控制起重機(jī)的運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控起重機(jī)的操作狀態(tài)，以免發(fā)生運(yùn)行故障。

3.3操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的主體是聯(lián)動(dòng)臺。司機(jī)通過左右主令手柄，控制起重機(jī)內(nèi)各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。操作系統(tǒng)在聯(lián)動(dòng)臺上設(shè)計(jì)了試燈按鈕，用于檢查臺板上指示燈的性能，以確保其處于正常的顯示狀態(tài)；蜂鳴器結(jié)構(gòu)監(jiān)督530噸起重機(jī)的極限操作，如果處于極限位置，蜂蜜器會(huì)自動(dòng)報(bào)警；復(fù)位按鈕，當(dāng)起重機(jī)操作失誤發(fā)生故障時(shí)，按下復(fù)位按鈕，確保故障復(fù)位，而且系統(tǒng)能夠記錄故障內(nèi)容，便于操作人員查詢，迅速檢修起重機(jī)，避免出現(xiàn)帶病作業(yè)的情況。操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須簡化操作方式，減輕操作使用的難度，同時(shí)也能在一定程度上提高530噸起重機(jī)操作的協(xié)調(diào)性和靈活度，提升起重機(jī)的性能和水平，從而確保其在碼頭吊運(yùn)中的安全、穩(wěn)定，達(dá)到使用的標(biāo)準(zhǔn)。

4　結(jié)束語

田灣核電站自備碼頭400噸固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)升級改造530噸方案實(shí)施后，在2014年12月9號載荷試驗(yàn)成功，表明530噸固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)可以進(jìn)入正常的工作狀態(tài)，具有保障3、4號機(jī)組高負(fù)荷大件吊運(yùn)的可行性。改造方案中，全面落實(shí)協(xié)調(diào)、預(yù)演，以確保改造方案的順利進(jìn)行，規(guī)避潛在的風(fēng)險(xiǎn)。530噸固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)改造成功后，將成為長江以北區(qū)域內(nèi)載重量最高的固定式全回

轉(zhuǎn)起重機(jī)，并將在田灣核電站擴(kuò)建工程建設(shè)中發(fā)揮重要作用。

[1]常瑞增.采用矢量控制的桅桿式起重機(jī)和固定式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)的供電設(shè)計(jì)[J].港工技術(shù)，2012，（2）：49-52.

[2]劉恩頻，俞中建，徐彬，龔文.起重機(jī)升級改造技術(shù)研究[J].機(jī)電設(shè)備，2013，（1）：62-64.

[3]紀(jì)迎光，劉洋.某工廠20/10t龍門式起重機(jī)升級與改造分析[J].機(jī)電信息，2013，（33）：59-60.

[4]鄭長城.田灣核電站二期工程大件設(shè)備連云港地區(qū)運(yùn)輸可行性探究[J].中國水運(yùn)，2014，（10）：63-64.

400t Fixed Full Swing for the 530t Crane Upgrade Program Analysis

ZHOU Fanjia
(Jiangsu nuclear power corporation,Lianyungang 222042)

The Tianwan Nuclear Power Plant owned terminals, since its inception in April 2001, using a 400-t on crane fixed full swing, the maximum carrying 400 tons, with the development of Tianwan Nuclear Power Plant owned terminals busines s in the expansion of the nuclear power plant when the project requires the transformation of 400 t ons stationary crane full swing, it was upgraded to 530 tons, in order to support the heavy lifting, transportation needs, improve total return fixed crane work, to meet the business needs of high load terminals. This paper focuses on the Tianwan Nuclear Power Plant owned terminals 400 t fixed full swing for the 530 t crane upgrade project plan.

Tianwan Nuclear P ower Plant, owned terminals, 400 tons stationary crane full swing, 530 tons