行車抗龍卷風鎖定裝置在汽輪機廠房中的應用

程昆明，郭 靜

（山東核電有限公司，山東 煙臺 265116）

行車抗龍卷風鎖定裝置在汽輪機廠房中的應用

程昆明，郭 靜

（山東核電有限公司，山東 煙臺 265116）

為避免對核島安全的潛在影響，核電廠汽輪機廠房行車考慮設置抗龍卷風鎖定裝置。本文以山東海陽核電廠一期工程為例，論述了汽輪機廠房行車抗龍卷風鎖定裝置的設置方案、計算過程、主要特點、安全考慮等方面的內容。

核電；汽輪機廠房；行車；抗龍卷風；鎖定裝置

山東海陽核電廠一期工程2×1 250 MW級核電機組用4臺汽輪機廠房行車(2臺240/40 t和2臺130/40 t)。每個汽輪機廠房安裝1臺240/40 t行車和1臺130/40 t行車[1]。

根據西屋文件APP-GW-C1-001 Rev.1“土建/結構設計準則”附件A“汽輪機島設計負荷規范”第A.2.2節“起重機負荷的描述”[2]:起重機應該考慮在龍卷風事件下處于非運行鎖定在停止位置，在設計起重機梁和橫向結構時，對于作用在起重機上的龍卷風負荷，應該考慮鎖定裝置的效果。

考慮到龍卷風作用下行車需要鎖定在吊車梁上，確定設置汽輪機廠房行車抗龍卷風鎖定裝置。

1 方案介紹

汽輪機廠房行車抗龍卷風鎖定裝置的方案主要是：在大車上設置電力液壓防爬器裝置（見圖1），在小車上設置電動錨定裝置，對結構進行加固處理，對電氣系統進行適應性修改，以達到抗風防滑之作用。此方案安裝方便，操作簡單，成本較低，而且效果顯著。

2 計算驗證

2.1 龍卷風相關參數

AP1000標準設計給出了龍卷風荷載的標準設計參數，但是在海陽核電廠工程的設計中所采用的參數，是根據海陽廠址設計的特定參數。龍卷風相關參數見表1。

根據這些參數可以計算得出具體風壓：

（1）按GB/T 3811—2008起重設計規范計算

式中：q——風壓；

v——風速。

（2）按提供風壓計算

平行于屋脊風壓：

垂直于屋脊風壓：

由(1)、(2)可得，按風壓q=4.305 6 kN/m2計算是偏于安全的。

2.2 關于130 t橋機的驗證

2.2.1 已知的130 t橋機有關信息

（1）小車

1）重量：35 t（其中副小車13 t）

2）迎風面積:

垂直于屋脊：A垂=5.421 m2

平行于屋脊：A平=7.384 m2

平面面積：A小車底=28.25 m2

（2）整機

1）重量：170 t

2）迎風面積：

垂直于屋脊：A垂=99.614 m2

平行于屋脊：A平=12.487 m2

平面面積：A整機底=221.7 m2

2.2.2 校核龍卷風對行車的影響

（1）小車

1）風平行于屋脊：受力面為垂直于屋脊的小車面，且此時風向垂直于小車軌道，可得：

式中：c——風力系數；

kh——風力高度系數；

A——迎風面積。

小車車輪滑動摩擦力：

小車自重產生的摩擦力大于風力，可以抵御平行于屋脊的風壓產生的力。

2）風垂直于屋脊

a.受力面為平行于屋脊的小車面，且此時風向平行于小車軌道，可得：

空載時如果小車與軌道產生的摩擦力小于風力，則小車的驅動輪產生滑動摩擦，從動輪產生滾動摩擦。通過計算可得：

F滾=0.181 tf；F滑=1.146 tf

P垂=4.28 tf>F摩=0.181+1.146=1.327 tf

所以，風力大于小車摩擦力，小車滑移。

采取措施：主梁上焊接每2 m一個錨定座，發生龍卷風時小車上的電動錨定裝置工作，迅速將小車錨定在大梁上，防止小車產生滑移。

b.受力面為地面投影小車面，此時產生上浮力，可得風力:

小車自重大于風力產生的上浮力，所以不用加安全鉤措施。

（2）整機

1）風垂直于屋脊

受力面為平行于屋脊的整機面，且此時風向垂直于大車軌道，可得風力：

空載時，大車車輪與軌道產生的摩擦力為滑動摩擦，計算可得：

風力小于大車的滑動摩擦，故整機在垂直于軌道方向上不滑動。

2）風平行于屋脊

受力面為垂直于屋脊的整機面，且此時風向平行于大車軌道，可得風力：

如果空載時大車與軌道產生的摩擦力小于風力，則大車的驅動輪產生滑動摩擦，從動輪產生滾動摩擦。通過計算可得：

所以，風力大于大車摩擦力，大車滑移。

采取措施：大車選用防爬器FPII-500，這相當于加了臨時車擋，整機的重量就可以抵御平行于屋脊的風壓產生的力。但整機可能因風力太大傾翻。計算整機的傾覆力如圖2所示。

故整機自重可抵抗風力不傾翻，電動防爬器可以隨時隨地動作，將整機固定在軌道上。

2.3 關于240 t橋機的驗證2.3.1 已知的240 t橋機有關信息

（1）小車

1）重量：50 t（其中副小車12 t）

2）迎風面積：

垂直于屋脊：A垂=5.53 m2

平行于屋脊：A平=7.65 m2

平面面積：A小車底=30.73 m2

（2）整機

1）重量：240 t

2）迎風面積：

垂直于屋脊：A垂=124.64 m2

平行于屋脊：A平=19.43 m2

平面面積：A整機底=228.43 m2

2.3.2 校核龍卷風對行車的影響

（1）小車

1）風平行于屋脊：受力面為垂直于屋脊的小車面，且此時風向垂直于小車軌道，可得：

小車車輪滑動摩擦力計算可得：

小車自重產生的摩擦力大于風力，可以防止平行于屋脊的風壓產生的力。

2）風垂直于屋脊

a.受力面為平行于屋脊的小車面，且此時風向平行于小車軌道，可得：

空載時如果小車與軌道產生的摩擦力小于風力，則小車的驅動輪產生滑動摩擦，從動輪產生滾動摩擦。通過計算可得：

F滾=0.211 tf；F滑=1.274 tf

P平=4.28 tf>F摩=0.211+1.274=1.485 tf

所以，風力大于小車摩擦力，小車滑移。

采取措施：主梁上焊接每2 m一個錨定座，發生龍卷風時小車上的電動錨定裝置工作，迅速將小車錨定在大梁上，防止小車產生滑移。

b.受力面為地面投影小車面，此時產生上浮力，可得風力:

小車自重大于風力產生的上浮力，所以不用加安全鉤措施。

（2）整機

1）風垂直于屋脊：受力面為平行于屋脊的整機面，且此時風向垂直于大車軌道，可得風力：

空載時，大車車輪與軌道產生的摩擦力為滑動摩擦。計算可得:

風力小于大車的滑動摩擦，故整機在垂直于軌道方向上不滑動。

2）風平行于屋脊：受力面為垂直于屋脊的整機面，且此時風向平行于大車軌道，可得風力：

如果空載時大車與軌道產生的摩擦力小于風力，則大車的驅動輪產生滑動摩擦，從動輪產生滾動摩擦。通過計算可得：

F滑=9.348 tf；F滾=1.495 tf

F摩=9.348+1.495=10.843 tf

所以，風力大于大車摩擦力，大車滑移。

采取措施：大車選用防爬器FPII-630，這相當于加了臨時車擋，整機的重量就可以防止平行于屋脊的風壓產生的力。但整機可能因風力太大傾翻。計算整機的傾覆力如圖3所示。

故整機自重可抵抗風力不傾翻，電動防爬器可以隨時隨地動作，將整機固定在軌道上。

防爬器和電動錨定裝置均為常閉控制，防爬器的摩擦塊材質要好，摩擦系數要高。

3 具體方案和主要特點

在130 t橋機中：大車軌道處共設置4個防爬器，型號為FPII-500，每邊2個；小車軌道處共設置2套電動錨定裝置，每邊1套。

在240 t橋機中：大車軌道處共設置4個防爬器，型號為FPII-630，每邊2個；小車軌道處共設置2套電動錨定裝置，每邊1套。

當發生龍卷風時，通過控制室的急停按鈕，令大車防爬器斷電，鐵楔自動下放至車輪處，起到車擋作用。同時小車電動錨定裝置的電液推桿失電，小車錨定桿落下插入設置在行車主梁上平面的錨定座內，防止小車沿小車軌道方向滑移。

選用的防爬器的主要特點有：

1）結構簡單牢固，使用壽命長，性能穩定，維修率低。

2）選用ED型推動器采用依靠自重下放、推動器上提的設計，動作性能優良，外殼防護等級高。可設置下降延時功能，避免斷電后大車對鐵楔產生大的沖擊。

3）主要擺動鉸點均設有自潤滑軸承，銷軸采用不銹鋼，可防止銹蝕和卡死，確保動作靈敏可靠。

4）備有手動釋放功能，維護方便。

5）限位開關是機構處于提起位置的標志，可與主機行走機構進行聯鎖保護。

6）摩擦塊經特殊工藝處理，摩擦系數高，防腐性能好。

4 設計安全考慮

1）在行車正常運行情況下，如何采取措施保證防爬器可靠上提，不會因為電氣等故障造成個別防爬器的誤落。

每一個防爬器上均設置有檢測限位開關，檢測其是否可靠上提。若檢測限位開關動作，則說明防爬器處于故障狀態，此時程序會自動切斷大車運行。

2)當行車正常運行，大車防爬器中一個誤動作，將其中一個車輪鎖死時，有何措施保證其他的車輪立即制動，以避免由于其他車輪的慣性行走造成行車脫軌或其他事故的發生。

所有防爬器的檢測限位開關均聯鎖，一旦其中任何一個防爬器以任何方式下落鎖定，防爬器落下的一瞬間，檢測限位開關動作，由于受聯鎖控制，保證大車立即切斷運行動力輸出，大車運行電機制動器立即制動（制動無延時），避免行車脫軌。

[1] 海陽核電一期工程汽輪機房行車和循環水泵房行車設備采購合同[R].（Procurement Contract for Overhead Crane Equipment in Turbine and CWP Buildings of Haiyang NPP Phase I [R].）

[2] 西屋設計文件APP-GW-C1-001 Rev.1土建/結構設計準則[S].（Westinghouse Design Document APPGW-C1-001 Rev.1 Civil Engineering/Structural Design Criteria [S].）

Application of Main Crane Lock Mechanism in the Turbine Building of Nuclear Power Plant

CHENG Kun-ming，GUO Jing
（Shandong Nuclear Power Co.，Ltd.，Yantai of Shandong Prov. 265116，China）

In order to avoid potential impact on safety of nuclear island side, anti-tornado lock mechanism are designed on the girder of turbine building main crane. Based on the experience of Haiyang NPP Phase I, this paper illustrates the installation plan for main crane lock mechanism of turbine building, calculation course, main characteristics and safety consideration, etc.

nuclear power；turbine building；main crane；anti-tornado；lock mechanism

TL48 Article character：A Article ID：1674-1617(2012)01-0063-05

TL48

A

1674-1617(2012)01-0063-05

2011-05-11

程昆明（1971—），男，河南新鄉人，高工，碩士，從事核電站設計管理工作。