核電站用環(huán)行起重機的性能分析

龍劍+++張慶華+++張紅+++艾立軍+++何沛

摘 要：環(huán)行起重機是安裝在核電站反應(yīng)堆廠房上空起吊反應(yīng)堆設(shè)備的起重設(shè)備，針對核電站用環(huán)行起重機吊裝工藝和工作場所的特殊性，文章從環(huán)行起重機的結(jié)構(gòu)、工作過程和功能等方面對核電站用環(huán)行起重機的性能進行了分析和介紹。

關(guān)鍵詞：環(huán)行起重機；核電站；性能分析

前言

起升機構(gòu)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)對安全性的要求非常高，特別是針對核電站的專用起重機，因為它是直接懸掛所吊運的載荷。除此之外，設(shè)計時還需要設(shè)置防止鋼絲繩跳槽、疊繞、斷繩檢測裝置以及松弛檢測，如果這些故障信號被檢測到之后，則控制系統(tǒng)控制安全制動器抱閘。在反應(yīng)堆廠房內(nèi)部安裝著核電站環(huán)行起重機，由于核電站吊運的設(shè)備都十分重要和貴重，而且由于工作場所也比較特殊，特別是在核電站運行的過程中，吊運或裝卸危險載荷時，其工作的定位準(zhǔn)確性、運行穩(wěn)定性和安全可靠性都非常重要。在設(shè)計鋼絲繩纏繞系統(tǒng)，不僅需要遵循單一故障保護原則，而且還應(yīng)當(dāng)符合帶載消除吊裝盲區(qū)和吊裝工藝需求等問題。

1 環(huán)行起重機的結(jié)構(gòu)及工作過程

核電站環(huán)行起重機與一般的直線運行起重機不同，它的工作環(huán)境和工作場所比較特殊，而且所有環(huán)行起重機的起升機構(gòu)都安裝了避免鋼絲繩松弛和纏繞重疊的裝置、防淋噴水裝置、車輪軸斷裂保護裝置、抗震裝置等。比如，核電站環(huán)行起重機的吊點定位非常準(zhǔn)確、防震、耐噴淋水、耐壓力、耐輻射、防誤操作；另外，安全性較高，它是根據(jù)單一故障保護原則進行設(shè)計的，以防止由于某個零部件失效而引發(fā)的載荷墜落。環(huán)行起重機是由電氣控制系統(tǒng)、抗震裝置、附屬鋼結(jié)構(gòu)、運行小車、中央拱架、安裝小車、起重機旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、橋架和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)等構(gòu)成。安裝小車和運行小車在核電站建設(shè)安裝期間抬吊諸如壓力容器和蒸汽發(fā)生器等大件物品。而后在核電站投入發(fā)電運行前，應(yīng)當(dāng)對安全殼做壓力試驗和應(yīng)力試驗，而且需要用卷揚機取下安裝小車。最后調(diào)整因試驗而發(fā)生變化的環(huán)行軌道承軌梁的直徑。在核電站發(fā)電運行的過程中，安全殼待各種設(shè)備調(diào)試好之后進行封閉。運行小車在核電站停堆換料的過程中可進行壓力容器頂蓋的安裝與起吊。

2 環(huán)行起重機的功能

環(huán)行起重機的功能不僅體現(xiàn)在它能夠進行載荷升降，而且它還可以在某個起升機構(gòu)的零部件出現(xiàn)故障的情況下，確保被吊運的載荷不墜落，即滿足了單一故障保護原則。

2.1 運行小車190t起升機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)

該系統(tǒng)的起升機構(gòu)利用的是雙減速機、四級制動、手動減速機、單電動機，它符合單項故障保護原則，以避免因起升機構(gòu)傳動鏈的故障引起的載荷跌落。起升機構(gòu)設(shè)置安全制動器、工作制動器和緊急制動器這三級制動器。一般情況下，制動器的工作流程為：如果緊急制動器開閘，則安全制動器要一直處于開閘狀態(tài)，工作制動器需要延時開閘；如果工作制動器上閘，而緊急制動器需要延時上閘；如果三次制動器同時上閘就可能會出現(xiàn)事故情況。

2.2 吊裝盲區(qū)的消除

消除吊點盲區(qū)需要環(huán)行起重機設(shè)置吊鉤橫移機構(gòu)。環(huán)行軌道和安全殼的偏差，可能引起環(huán)行軌道圓心和安全殼之間也產(chǎn)生誤差。如果吊鉤垂直主梁方向固定，由于反應(yīng)堆中心與安全殼圓心重合，此時距會產(chǎn)生吊點盲區(qū)，即在起重機吊鉤運行過程中不能到達的圓柱形區(qū)域。為了確保環(huán)吊準(zhǔn)確無誤地接近反應(yīng)堆壓力容器的中心區(qū)域，從而消除吊裝盲區(qū)，設(shè)計利用主起升機構(gòu)使定滑輪組在小車架上橫向移動來調(diào)整吊鉤的橫向位置。為了降低驅(qū)動力，減小移動載荷，需要在滾動鏈上支撐起滑輪組。如果調(diào)整吊鉤的橫向位置，則需要移動整個機構(gòu)。

2.3 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

在設(shè)計旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的時候通常采用的是兩組水平導(dǎo)向輪的方案。每組導(dǎo)向輪都是由安裝支架、四個水平滾輪和之間心軸組成的。中間心軸的下端連接著安裝支架，上端固定著端梁。這些滾輪被分別安裝在環(huán)行軌道的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，它們利用水平滾輪軸和軸承在安裝支架上固定。軌道和水平滾輪中間的間隙可以通過水平滾輪軸的的偏心位置進行調(diào)整，這樣不僅能夠避免在環(huán)吊的過程中出現(xiàn)卡規(guī)現(xiàn)象，而且還有利于安全殼中心和環(huán)吊中心的重合。

2.4 電氣系統(tǒng)

為保證電氣系統(tǒng)可以安全工作，自動定位作為環(huán)行起重機的一個特殊功能是必不可少的，自動定位即主起升吊鉤可以精確地與壓力容器中心相照應(yīng)。環(huán)行起重機在進行調(diào)試的過程中，在被預(yù)先標(biāo)定的反應(yīng)堆中心上對準(zhǔn)放上主起升吊鉤，而后在停放小車的架橋上的小車軌道處和起重機停止的環(huán)行軌道處做定位標(biāo)記。在小車架上和橋架上安裝設(shè)置相應(yīng)的接近開關(guān)。接近開關(guān)和定位標(biāo)記在調(diào)試工作完畢后不再變動。一般自動對中可以通過司機室程序控制得以實現(xiàn)。

2.5 雙鋼絲繩交叉纏繞系統(tǒng)

所謂雙鋼絲繩交叉纏繞系統(tǒng)是把在左側(cè)卷筒上的鋼絲繩纏繞在上、下滑輪組的左側(cè)，而后利用導(dǎo)向滑輪將其纏繞到滑輪組的另一側(cè)，最終在平衡杠桿的右側(cè)被固定。右側(cè)卷筒上的鋼絲繩與左側(cè)卷筒上的鋼絲繩的纏繞方式正好相反。鋼絲繩的這種纏繞方式符合單一故障保護原則，因為它能夠均勻地分配載荷，而且可以在其中一根鋼絲繩失效時確保吊具平衡。

2.6 四級制動設(shè)計

在卷筒端部法蘭盤上安裝安全制動器，在高速軸上分別安裝一個緊急制動器和一個工作制動器。通常，投入運行的只有緊急制動器、工作制動器和電氣自動。如果安全制動器檢測到超速、停電、傳動鏈損壞等情況時，控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)立刻控制安全制動器上閘。如果起重機構(gòu)的傳輸鏈損壞，為避免負(fù)載墜落可以采取將負(fù)載停止在20厘米的范圍內(nèi)。

2.7 安全可靠的操作模式和措施

遙控操作和控制臺操作是兩個具有安全性的操作模式，兩者互相聯(lián)鎖，但不能同時作用。為了確保環(huán)吊的正常運作，在司機室的聯(lián)動臺上安裝了遙控操作以及控制臺操作轉(zhuǎn)換開關(guān)，便于操作位置的選取。

3 結(jié)束語

核電站環(huán)行起重機采用的關(guān)鍵技術(shù)和它的特殊性能要求，同樣可以適用于其他機械設(shè)備和起重設(shè)備。目前，以環(huán)行起重機的現(xiàn)有的功能已經(jīng)能夠滿足核電站安全有效地運轉(zhuǎn)，甚至已經(jīng)高出核電站正常運行所要求的技術(shù)水平。雖然我國的核電技術(shù)水平已經(jīng)得到了飛速發(fā)展，但是國家引進的3代核電對核電技術(shù)的可靠性與安全性又提出了新的、更加嚴(yán)格的要求，所以設(shè)計人員需要對核電站環(huán)行起重機進行更加深入的攻關(guān)和研究，以滿足更加嚴(yán)格的要求。

參考文獻

[1]高秀芬，顧翠云.水電站大型橋式起重機起升機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式和性能分析[J].起重運輸機械，2011.

[2]張興法.起升機構(gòu)正反向接觸器故障電動機失電重物失控墜落的保護分析[J].起重運輸機械，2009.

[3]顧翠云，高秀芬，劉煥江，等.核電站環(huán)行起重機安全保護功能分析[J].機械工程與自動化，2009.

[4]唐軍，胡曉兵，王波，等.起升機構(gòu)減速器及卷筒的優(yōu)化設(shè)計[J].機械工程師，2006.

[5]吳鳳岐.核電站核燃料運輸起重機橋架驅(qū)動電機的同步控制[J].電機與控制應(yīng)用，2008.

[6]安洪松，壽魯云，張小剛，等.巴基斯坦CHASHMA核電站燃料廠房75t/5t橋式起重機主起升機構(gòu)[J].制冷空調(diào)與電力機械，2008.

[7]許海濤，張濤，李忠誠，等.CPR1000堆型核電站反應(yīng)堆廠房環(huán)吊牛腿復(fù)核分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報，2010.

[8]劉義，陳國定，李濟順，等.單繩纏繞式提升機鋼絲繩動力學(xué)仿真研究[J].機械科學(xué)與技術(shù)，2009.endprint