400T核電焊接轉(zhuǎn)子整體起吊及翻身裝置設(shè)計

駱朝暉，林瑞進(jìn)

（中國聯(lián)合工程公司，浙江 杭州 3 10052）

400T核電焊接轉(zhuǎn)子整體起吊及翻身裝置設(shè)計

駱朝暉，林瑞進(jìn)

（中國聯(lián)合工程公司，浙江 杭州 3 10052）

為了滿足上海電氣電站設(shè)備有限公司對于起吊大型核電轉(zhuǎn)子的需求，本公司專門開發(fā)設(shè)計了400T核電焊接轉(zhuǎn)子整體起吊及翻身裝置。400T核電焊接轉(zhuǎn)子的整車起吊及翻身裝置技術(shù)難度極大，在國內(nèi)屬于空白。它填補(bǔ)了國內(nèi)400T級核電焊接轉(zhuǎn)子專用起吊工裝的空白，并在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

大型核電轉(zhuǎn)子；起吊及翻身裝置；機(jī)械手爪

由于核電轉(zhuǎn)子在焊接完成后需要在井式爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，井式爐內(nèi)不允許人員進(jìn)入輔助脫鉤，因此要求轉(zhuǎn)子起吊裝置在轉(zhuǎn)子就位后自動脫鉤，平穩(wěn)退出爐膛。反之，當(dāng)轉(zhuǎn)子熱處理完成后，轉(zhuǎn)子起吊裝置必須自動夾住轉(zhuǎn)子軸段，實(shí)現(xiàn)整體起吊。轉(zhuǎn)子吊出爐膛后與翻身裝置相配合將核電轉(zhuǎn)子從垂直位置自動翻轉(zhuǎn)到水平位置。400T核電焊接轉(zhuǎn)子整體起吊[1]及翻身裝置是中國聯(lián)合工程公司精心為上海電氣電站設(shè)備有限公司臨港工廠專門研制用于起吊大型核電轉(zhuǎn)子的設(shè)備，它填補(bǔ)了國內(nèi)400T級核電焊接轉(zhuǎn)子起吊工裝的空白。同時，其性能達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

本文主要介紹400T核電焊接轉(zhuǎn)子整體起吊及翻身裝置中的關(guān)鍵技術(shù)。

1 核電焊接轉(zhuǎn)子起吊機(jī)械手爪

1.1 設(shè)計背景

核電轉(zhuǎn)子作為核電發(fā)電機(jī)組中核心部件，因其自身重量與體積非常大，一般采用進(jìn)口大型鍛件機(jī)加工而成，但由于本鍛件的制造技術(shù)主要由外方掌握，以致國內(nèi)的生產(chǎn)受制于外方的供應(yīng)且價格也被外方壟斷。為了克服由此引起的種種弊端，因此國內(nèi)自主研發(fā)分段焊接成形的轉(zhuǎn)子來替代整體鍛件。雖然焊接轉(zhuǎn)子具有設(shè)計靈活、剛性好等優(yōu)點(diǎn)，但其制造技術(shù)要求也高。轉(zhuǎn)子焊接成型后一般都需要對其整體進(jìn)行焊后去除應(yīng)力處理。傳統(tǒng)采用鋼絲繩通過行車起吊，但對于熱處理后深井爐溫度依然較高，無法通過人工掛鉤鋼絲繩來實(shí)現(xiàn)起吊轉(zhuǎn)子。

1.2 設(shè)計原理

核電焊接轉(zhuǎn)子起吊機(jī)械手爪抓取起吊焊接轉(zhuǎn)子動作路線：行車→W型吊鉤→絲桿升降機(jī)→電動插銷機(jī)構(gòu)→減速電機(jī)→齒輪傳動機(jī)構(gòu)→絲桿傳動機(jī)構(gòu)→棘爪。

1.3 機(jī)械手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計

可翻轉(zhuǎn)機(jī)械手爪主要包括電動插銷機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、起吊架、翻轉(zhuǎn)架和棘爪等部件。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其圖中序號部件如表1所示。

圖1 機(jī)械手爪設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖

表1 機(jī)械手爪主要部件說明表

1.3.1 電動插銷機(jī)構(gòu)

電動插銷機(jī)構(gòu)主要由絲桿升降機(jī)、插銷、導(dǎo)向套等組成，電動插銷機(jī)構(gòu)用于行車吊裝核電焊接轉(zhuǎn)子采用的W型吊鉤的自動插合連接。絲桿升降機(jī)水平安裝，絲桿升降機(jī)的螺母連接插銷，插銷插入導(dǎo)向套，絲桿升降機(jī)的螺母轉(zhuǎn)動便可帶動插銷在導(dǎo)向套的水平運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)W型吊鉤的自動插合連接。見圖2和表2.

圖2 電動插銷機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

表2 電動插銷機(jī)構(gòu)部件說明表

1.3.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由絲桿升降機(jī)、升降機(jī)支架、頂桿、導(dǎo)向筒、鉸鏈等組成，絲桿升降機(jī)前端連接頂桿，頂桿插入導(dǎo)向筒。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向筒通過鉸鏈連接于翻轉(zhuǎn)架，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過絲桿升降機(jī)、頂桿、導(dǎo)向套組合來完成自身在0℃～90℃之間的翻轉(zhuǎn)動作。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于輔助核電焊接轉(zhuǎn)子起吊后的翻轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)其自身翻轉(zhuǎn)復(fù)位功能。見圖3和表3.

圖3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

表3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部件說明表

1.3.3 起吊架[2]

起吊架采用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊接而成，用于連接電動插銷機(jī)構(gòu)與翻轉(zhuǎn)架，輔助實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)架在0～90℃之間的翻轉(zhuǎn)功能。

1.3.4 翻轉(zhuǎn)架

翻轉(zhuǎn)架用于夾緊并起吊核電焊接轉(zhuǎn)子工件，翻轉(zhuǎn)架主要由提供動力設(shè)備的減速電機(jī)、帶傳動裝置的齒輪傳動機(jī)構(gòu)、帶活動螺母的絲桿傳動機(jī)構(gòu)、夾緊焊接轉(zhuǎn)子工件的棘爪及橡膠墊塊等組成。翻轉(zhuǎn)架由減速電機(jī)驅(qū)動齒輪傳動機(jī)構(gòu)，從而帶動安裝于絲桿傳動機(jī)構(gòu)上的棘爪實(shí)現(xiàn)同進(jìn)同退功能，進(jìn)而達(dá)到同時夾緊或松開焊接轉(zhuǎn)子工件；絲桿傳動機(jī)構(gòu)采用絲桿轉(zhuǎn)動、螺母滑動方式，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動功能。此外，絲桿螺母傳動機(jī)構(gòu)具有較好的自鎖功能，保證了機(jī)械手爪在翻轉(zhuǎn)大重量工件過程中的安全可靠運(yùn)行。齒輪傳動機(jī)構(gòu)由減速電機(jī)輸出軸端的大錐齒輪帶動連接于絲桿傳動機(jī)構(gòu)的小錐齒輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動螺母的滑動，從而保證了棘爪的同進(jìn)同退。見圖4和表4.

圖4 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)示意圖

表4 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要部件說明表

1.3.5 棘爪

根據(jù)核電焊接轉(zhuǎn)子軸段法蘭結(jié)構(gòu)形式，本棘爪采用“L”型結(jié)構(gòu)形式。棘爪夾緊時支撐工作面（支撐轉(zhuǎn)子軸段法蘭端面）處裝有用于增加夾緊工件時摩擦力的橡膠墊塊。該橡膠墊塊除了可根據(jù)轉(zhuǎn)子法蘭高度不同調(diào)整夾緊不同轉(zhuǎn)子外，還具有緩沖作用，滿足了夾緊大重量轉(zhuǎn)子時安全可靠要求。

1.3.6 行程開關(guān)

棘爪往返兩端處各安裝一組行程開關(guān)，根據(jù)轉(zhuǎn)子法蘭端大小可調(diào)整行程開關(guān)位置，從而調(diào)整棘爪行程間距，因此滿足了棘爪抓取不同尺寸的焊接轉(zhuǎn)子功能。棘爪前置行程開關(guān)，當(dāng)且僅當(dāng)在抓取工件時，所有棘爪均碰觸行程開關(guān)才反饋信號，保證棘爪同時夾緊焊接轉(zhuǎn)子工件，具備安全可靠要求。

1.4 機(jī)械手爪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本機(jī)械手爪具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝調(diào)節(jié)方便、夾持轉(zhuǎn)子工件直徑范圍大等特點(diǎn)。另外，絲桿螺母傳動機(jī)構(gòu)具有良好的自鎖功能，保證了翻轉(zhuǎn)大重量焊接轉(zhuǎn)子過程的安全可靠，操作靈活。通過更改絲桿傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸，可滿足各種不同核電焊接轉(zhuǎn)子的抓取起吊功能，適用范圍廣。

1.5 機(jī)械手爪的抓取步驟

機(jī)械手爪抓取起吊核電焊接轉(zhuǎn)子的動作主要由以下幾步驟實(shí)現(xiàn)：

（1）行車將W型吊鉤緩慢地放入起吊架，并當(dāng)?shù)蹉^停止落入起吊架時，啟動電動插銷機(jī)構(gòu)，當(dāng)電動插銷機(jī)構(gòu)與W型吊鉤連接吻合后關(guān)閉電動插銷機(jī)構(gòu)電源。

（2）行車將機(jī)械手爪起吊并移到核電焊接轉(zhuǎn)子上端，此時啟動翻轉(zhuǎn)架的減速電機(jī)，棘爪緩慢打開；當(dāng)打開到最大位置時，關(guān)閉電機(jī)電源。

（3）行車緩慢將機(jī)械手爪伸入轉(zhuǎn)子法蘭端，然后啟動電機(jī)，棘爪逐漸向中心位置靠攏，棘爪接觸轉(zhuǎn)子法蘭端后持續(xù)夾緊；當(dāng)所有棘爪與行程開關(guān)碰觸且信號燈同時亮起時，關(guān)閉減速電機(jī)。

（4）啟動行車，上拉機(jī)械手爪并吊起核電焊接轉(zhuǎn)子。

2 結(jié)束語

隨著我國電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽輪機(jī)大型整鍛轉(zhuǎn)子訂貨愈加困難，尤其是半轉(zhuǎn)速核電站汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子體積和重量都很大，生產(chǎn)自主研發(fā)的焊接轉(zhuǎn)子勢在必行，但轉(zhuǎn)子的吊裝和翻轉(zhuǎn)一直是技術(shù)難題。而本設(shè)備相比進(jìn)口國外同類設(shè)備，大大降低了設(shè)備的制造、維護(hù)成本，具有不可替代的綜合優(yōu)勢。

本文所設(shè)計的核電焊接轉(zhuǎn)子起吊及翻身裝置已于在上海電氣電站設(shè)備有限公司臨港工廠投入使用。圖5為2017年5月5日在臨港工廠進(jìn)行起吊翻身過程。

圖5 實(shí)際起吊翻身過程

[1]樊兆馥.重型設(shè)備吊裝手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

[2]李 芳，凌道盛.工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計發(fā)展綜述[J].工程設(shè)計學(xué)，2012，9（5）：229-234.

Design of Lifting and Turning Device for 400T Nuclear Welder Rotor

LUO Zhao-hui，LIN Rui-jin
（China United Engineering，Corporation Hangzhou Zhejiang 310052，China）

In order to meet the needs of shanghai electric power equipment Co.，Ltd.，for lifting large nuclear power rotor，our company specially developed and designed 400T nuclear welding rotor overall lifting and turning device.400T nuclear welding rotor of the vehicle lifting and turning device technology is extremely difficult and unique in our country.It filled the domestic 400T nuclear welding rotor lifting tooling blanket，and in practical application to achieve the international advanced level

large nuclear power rotor；lifting and turning device；robot manipulator

TB472

A

1672-545X（2017）08-0064-03