核電站環(huán)吊起升機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及性能分析

喬 羽

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

引言

核電站環(huán)行起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)吊）作為核電站最重要的起吊設(shè)備之一，位于安全殼廠房?jī)?nèi)部，在以承軌梁為基礎(chǔ)拼接的環(huán)形軌道上做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。環(huán)吊在核電站建設(shè)中主要用于反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)壓力容器等大型設(shè)備的吊運(yùn)，核電站運(yùn)行中主要用于壓力容器頂蓋等設(shè)備的吊運(yùn)。為了在核電站建設(shè)期間安裝、吊運(yùn)重型機(jī)械設(shè)備，一些核電站設(shè)置有一個(gè)較大起重量的臨時(shí)小車(chē)，如歐洲的EPR核電站環(huán)吊用600 t臨時(shí)小車(chē)吊運(yùn)重型機(jī)械設(shè)備；另有一部分核電站為模塊化組裝，用履帶吊吊運(yùn)重型機(jī)械設(shè)備，如美國(guó)的AP1000核電站；一些核電站直接把運(yùn)行小車(chē)的額定起重量定得較大，能夠直接吊運(yùn)重型機(jī)械設(shè)備，如俄羅斯的VVER核電站；還有一些核電站的環(huán)吊設(shè)置一個(gè)能與運(yùn)行小車(chē)并聯(lián)使用的安裝小車(chē)以增大起重量，來(lái)吊運(yùn)重型機(jī)械設(shè)備，如國(guó)產(chǎn)化的CPR1000核電站以及M310核電站。

1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

CPR機(jī)組是中廣核集團(tuán)具有自主品牌的中國(guó)改進(jìn)型壓水堆核電站，其環(huán)吊的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收主要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)主要有F.E.M1001《歐洲起重設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范》（歐洲搬運(yùn)工程協(xié)會(huì)）、AWSD1.1《美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》、RCC-E《壓水堆核電站核島電氣設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》（法國(guó)）、GB/T3811《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB/T14405《通用橋式起重機(jī)》、EJ/T801《核電廠專(zhuān)用起重機(jī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》等。參考執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)主要有德國(guó)的KTA3902《核電站起重設(shè)備的設(shè)計(jì)》和KTA3903《核電站起重設(shè)備的檢驗(yàn)、試驗(yàn)和操作》、美國(guó)的ANSI/ASME NOG-1《核電站用橋式和門(mén)式起重機(jī)制造標(biāo)準(zhǔn)》和NUREG 0554《核電站單一故障保護(hù)起重機(jī)》。

2 主要技術(shù)參數(shù)

CPR1000機(jī)組環(huán)吊起升機(jī)構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 性能參數(shù)表

3 起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成和性能特點(diǎn)

防城港核電站環(huán)行起重機(jī)上設(shè)置有217 t主起升機(jī)構(gòu)按和10 t副起升機(jī)構(gòu)，其中217 t主起升機(jī)構(gòu)在核電站運(yùn)行期間需要起吊臨界載荷（又稱(chēng)危險(xiǎn)載荷），根據(jù)EJ/T801標(biāo)準(zhǔn)的要求，應(yīng)滿(mǎn)足單一故障保護(hù)原則，即傳動(dòng)鏈上任意一個(gè)元件失效后，都要保證所吊運(yùn)的載荷不墜落。

如下頁(yè)圖1所示，217 t主起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)的高速軸通過(guò)帶制動(dòng)盤(pán)的聯(lián)軸器連接，減速機(jī)輸出軸上安裝有小齒輪，卷筒上安裝有大齒輪，二者構(gòu)成一個(gè)開(kāi)式齒輪結(jié)構(gòu)。減速機(jī)輸入軸上兩側(cè)安裝有兩個(gè)制動(dòng)器，卷筒尾部設(shè)有大型的制動(dòng)盤(pán)，配合安全制動(dòng)器構(gòu)成安全制動(dòng)系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)和編碼器同時(shí)安裝在卷筒的尾部，起到信號(hào)檢測(cè)和限制高度的作用。上滑輪裝置位于一個(gè)橫移機(jī)構(gòu)上，沿卷筒軸線(xiàn)方向移動(dòng)。起重量為10 t的副起升機(jī)構(gòu)相對(duì)于217 t主起升機(jī)構(gòu)，除了沒(méi)有上滑輪裝置橫移機(jī)構(gòu)外，其余均相同。本文以主起升機(jī)構(gòu)為例，進(jìn)行分析。

4 安全制動(dòng)系統(tǒng)組成和特點(diǎn)

起升機(jī)構(gòu)采用三級(jí)制動(dòng)系統(tǒng)。兩個(gè)高速軸制動(dòng)器，分別在運(yùn)行時(shí)制動(dòng)和在緊急情況時(shí)制動(dòng)，在正常工作時(shí)，緊急制動(dòng)器在工作制動(dòng)器上閘之后。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)要求，這兩個(gè)制動(dòng)器不僅每一個(gè)都能制動(dòng)住全部載荷，并且安全系數(shù)需大于1.75，保證1.2倍的額定負(fù)載動(dòng)載試驗(yàn)和1.5倍的額定負(fù)載的靜載試驗(yàn)均能制動(dòng)住。為保證該起升機(jī)構(gòu)形式傳動(dòng)鏈上任何一個(gè)零部件故障或失效時(shí)負(fù)載不會(huì)下落，在卷筒尾部設(shè)置安全制動(dòng)器。當(dāng)起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈出現(xiàn)：電動(dòng)機(jī)或者卷筒110%超速（升速、帶負(fù)載或空載）、傳動(dòng)鏈損壞、停電或事故斷電時(shí)，安全制動(dòng)器立刻上閘。三個(gè)制動(dòng)器均設(shè)置手動(dòng)載荷釋放及下降功能，如果出現(xiàn)整車(chē)斷電或者出現(xiàn)事故時(shí)，制動(dòng)器閘瓦可以打開(kāi)，通過(guò)操作手柄，緩慢地釋放載荷，保證載荷安全下降。

圖1 217 t起升機(jī)構(gòu)示意圖

5 上滑輪橫移裝置組成和性能特點(diǎn)

環(huán)行起重機(jī)的承軌梁及軌道中心和安全殼中心相重合，同時(shí)反應(yīng)堆也安裝在安全殼中心。在制造及安裝過(guò)程中，可能存在著軌道偏差、大車(chē)偏斜等因素，會(huì)在安全殼中心形成一個(gè)回轉(zhuǎn)盲區(qū)，吊鉤進(jìn)入不了該工作盲區(qū)。為了能夠正常和精確吊運(yùn)反應(yīng)堆壓力容器及其頂蓋，設(shè)計(jì)上滑輪橫移裝置。將上滑輪組和平衡杠桿裝置安裝一個(gè)下部設(shè)置滾輪的小平臺(tái)上，并通過(guò)電動(dòng)推桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)?？紤]安裝誤差，滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)格書(shū)上滑輪組移動(dòng)200 mm要求，設(shè)計(jì)保證上滑輪組可以移動(dòng)240 mm。滾輪側(cè)面安裝有水平導(dǎo)向輪，保證橫移裝置的移動(dòng)方向能夠垂直與小車(chē)軌道。

6 鋼絲繩平衡系統(tǒng)組成和特點(diǎn)

起升機(jī)構(gòu)卷筒采用雙聯(lián)設(shè)計(jì)，一根左旋鋼絲繩和一根右旋鋼絲繩從兩側(cè)纏在卷筒上。一般鋼絲繩的纏繞采用4、8等倍率，從而保證每一跟鋼絲繩都能夠分別繞在吊具兩側(cè)的滑輪上，并通過(guò)中部導(dǎo)向滑輪實(shí)現(xiàn)從左側(cè)到右側(cè)的導(dǎo)向，最后固定在平衡臂裝置上。通過(guò)這樣的纏繞方式，可以保證兩根鋼絲繩上收到的拉力相等，在平衡杠桿裝置兩端安裝有液壓油缸，如果一根鋼絲繩因意外突然斷裂時(shí)，對(duì)側(cè)鋼絲繩受力突然增大，同時(shí)此側(cè)平衡臂下端的油缸可以承受住鋼絲繩的全部載荷，減緩沖擊，能夠保證實(shí)現(xiàn)鋼絲繩平穩(wěn)，從而保持吊具裝置的平衡，保證起吊重物的平衡，如圖2所示。

圖2 起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩交叉纏繞示意圖

7 結(jié)語(yǔ)

在核電站環(huán)行起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，既滿(mǎn)足了國(guó)際上相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也滿(mǎn)足了我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且遵循了單一故障的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。該環(huán)吊已經(jīng)安裝試驗(yàn)完成，并達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)性能指標(biāo)。隨著“十三五”國(guó)內(nèi)核電建設(shè)再一次起步，研究該環(huán)吊起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能特殊要求，對(duì)我國(guó)核電站其他環(huán)行起重機(jī)的設(shè)計(jì)和制造具有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。