AP1000屏蔽式主泵拆裝工具研制

鐘興華，馬 莉

（湖南中聯(lián)重科股份有限公司，湖南 長沙410025）

AP1000屏蔽式主泵拆裝工具研制

鐘興華，馬 莉

（湖南中聯(lián)重科股份有限公司，湖南 長沙410025）

從AP1000主泵的組成和安裝要求出發(fā)，闡述了對(duì)應(yīng)安裝工具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和邊界條件。結(jié)合AP1000主泵拆裝工具的設(shè)計(jì)方法和自身特點(diǎn)，并在首批主泵安裝實(shí)踐的基礎(chǔ)上，闡述了主泵安裝操作流程，為后續(xù)項(xiàng)目中主泵拆裝設(shè)備的設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。

AP1000；主泵；拆裝工具；安裝

為加速我國核電工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，在較高的起點(diǎn)上自主創(chuàng)新，我國以三門、海陽項(xiàng)目為依托，引進(jìn)美國AP1000第三代非能動(dòng)核電技術(shù)。計(jì)劃通過引進(jìn)技術(shù)的消化吸收及依托項(xiàng)目自主建設(shè)完成設(shè)計(jì)及關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)轉(zhuǎn)讓，并結(jié)合我國實(shí)際進(jìn)行必要的改進(jìn)，全面掌握AP1000設(shè)備設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，基本具備自主生產(chǎn)制造后續(xù)機(jī)組關(guān)鍵設(shè)備的能力[1]。

AP1000作為世界上首次建造的堆型，一些關(guān)鍵技術(shù)還處于試驗(yàn)階段。首批4臺(tái)機(jī)組采用的是美國EMD制造的屏蔽式主泵，與以往二代反應(yīng)堆相比，主泵的結(jié)構(gòu)形式和安裝方式都有很大不同，維修空間狹窄需要專用的拆裝工具。國內(nèi)制造廠家缺乏此類核電專用、非標(biāo)設(shè)備的制造技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為設(shè)備的國產(chǎn)化帶來了較大困難。本文所述主泵拆裝工具應(yīng)用于AP1000三門2#機(jī)組及海陽3/4#機(jī)組核電主泵的安裝，下面對(duì)主泵安裝設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)及核島主泵安裝的流程和方法進(jìn)行闡述。

1 AP1000主泵簡介

AP1000核電機(jī)組共4臺(tái)主泵，分別倒置安裝于RCS系統(tǒng)A、B兩個(gè)環(huán)路SG底部封頭上，對(duì)應(yīng)編號(hào)為01/02A和01/02B。其中01A和01B安裝在11201隔間內(nèi)，02A和02B安裝在11202隔間內(nèi)，安裝標(biāo)高EL84′6″～ EL107′2″[2].

主泵由主泵可拆卸組件、吸入短管、泵殼、換熱器、螺柱、螺母、密封環(huán)和各類傳感器、檢測器等組成[2]，單主泵重約83 t.葉輪和導(dǎo)葉等水力部件直接安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子的輸出軸上，中間沒有聯(lián)軸器，在主泵拆裝和檢修時(shí)隨電機(jī)模塊一起拆卸。

從圖1可以看出，主泵直接安裝于蒸發(fā)器底部，二者共用一個(gè)支撐系統(tǒng)，這樣簡化了支撐系統(tǒng)，增大了下部空間，但實(shí)際運(yùn)行中總有不可預(yù)見的事故發(fā)生。雖然設(shè)計(jì)上為主泵的安裝和維修留有空間，但空間狹小，現(xiàn)場操作困難[3]。

圖1 A/B主泵安裝示意圖

2 主泵拆裝工具設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)方案

主泵拆裝工具主要用于AP1000核電站SG隔間（位于CA01模塊內(nèi)）內(nèi)安裝、拆卸和維護(hù)A/B主泵最大可拆卸部分，并作為一個(gè)支撐載體和運(yùn)輸工具。A/B泵安裝位置如圖1所示。工具采用模塊化設(shè)計(jì)，通過結(jié)構(gòu)分析和功能分解，設(shè)計(jì)出一系列功能模塊。其中，主泵小車作為功能模塊的主體，吸入導(dǎo)管、主螺栓和換熱器等安裝工具配合主泵小車使用，通過模塊間的選擇和組合來滿足特定的安裝需求。

2.2 功能原理

主泵小車以主泵法蘭為接口，圓周4點(diǎn)承載，可拆分式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具備多維的自由度調(diào)整能力，同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)性約束條件。功能原理如圖2所示。

圖2 主泵小車功能原理圖

2.3 性能參數(shù)

主泵小車的主要技術(shù)參數(shù)如表1所列。

表1 主泵小車主要技術(shù)參數(shù)

2.3.1 結(jié)構(gòu)組成

主泵小車服務(wù)于CA01模塊內(nèi)4臺(tái)主泵的安裝，A/B主泵的標(biāo)記如圖3所示。其中，01A與01B泵位于西SG隔間內(nèi)，02A與02B泵位于東SG隔間內(nèi)。根據(jù)A/B主泵在SG隔間內(nèi)的安裝位置和空間布置差異[4]，主泵小車可用一組通用零部件衍生出2種變形結(jié)構(gòu)，即主泵小車A和B，對(duì)應(yīng)于01/02A和01/02B泵的安裝。其中，頂環(huán)、中環(huán)和固定基座分為A、B兩種結(jié)構(gòu)形式，其余零組件通用[5]。相應(yīng)的，4-P桿件單元圓周投影位置也進(jìn)行了微調(diào)，以滿足主泵外部接線端子箱的嵌入和蒸發(fā)器支撐間的合理間隙。主泵小車的頂升點(diǎn)和導(dǎo)向點(diǎn)位置布置如圖3所示。

圖3 主泵安裝小車頂升及導(dǎo)向定位點(diǎn)布置圖

主泵小車的中部和頂部平臺(tái)可拆分，滿足小車的“打開”和通過性要求。運(yùn)用4-P功能單元串聯(lián)組合實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)支撐機(jī)構(gòu)，以滿足圓周調(diào)整和主泵的水平定位要求，結(jié)構(gòu)簡單可靠。相應(yīng)的，配合側(cè)向安裝加強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)予以限位，保證小車承載時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定。框架結(jié)構(gòu)可向外展開（打開角度≥5°）以滿足小車的“接泵”要求。

中部平臺(tái)高度結(jié)合主泵及下部圓周外側(cè)接線端子箱（考慮提升高度）確定。平臺(tái)上裝有對(duì)頂推力機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)小車圓周角度的調(diào)整要求[6]。頂部平臺(tái)裝有蝸桿頂升機(jī)構(gòu)和水平定位裝置，以實(shí)現(xiàn)主泵的X、Y向微調(diào)及垂直頂升功能[7]。主泵小車具有±0.5°內(nèi)的垂直調(diào)整能力和滿足主泵安裝需求的提升行程，并在該行程的任意位置提供可靠的支撐。主泵頂升過程中，泵殼法蘭圓周懸吊4根導(dǎo)向螺桿保障主泵的施工安全。

2.3.2 電氣控制系統(tǒng)

主泵小車可通過遠(yuǎn)程操縱方式控制4臺(tái)伺服電機(jī)動(dòng)作，具有“單獨(dú)”和“同步”操作模式可供選擇。主泵升降過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測每臺(tái)升降機(jī)實(shí)際載荷值及伸縮量進(jìn)行安全控制，具有“低位”、“高位”和過載保護(hù)功能。

主泵安裝過程中，結(jié)合垂直度和平行度的誤差控制要求，作如下限制：

（1）“單獨(dú)”操作模式下，當(dāng)任意2點(diǎn)的高程差≥6.35 mm時(shí)，限制動(dòng)作并聲光報(bào)警；

（2）“同步”操作模式下，當(dāng)任意2點(diǎn)的高程差≥1.52 mm時(shí)，限制動(dòng)作并聲光報(bào)警；

默認(rèn)“同步”操作模式對(duì)應(yīng)4臺(tái)伺服電機(jī)的同步動(dòng)作。當(dāng)用作換熱器安裝工具時(shí)，同步升降按鈕可實(shí)現(xiàn)任意選定3點(diǎn)的同步升降。

頂升精度定性分析：由蝸桿升降機(jī)的提升速度N ＝ 48 r/linch（即 25.4 mm），減速機(jī)速比 i=64，伺服電機(jī)最大轉(zhuǎn)速設(shè)定為Nmax=3 000 rpm，計(jì)算得速度為Vmax=0.41 mm/s，滿足安裝所需的精度控制要求。

3 性能試驗(yàn)

主泵小車作為功能主體，結(jié)合其分類和使用性質(zhì)，參照GB/T3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB/T14560-2016《履帶起重機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行《出廠性能試驗(yàn)》和《試驗(yàn)大綱》的編制，為設(shè)備的出廠驗(yàn)收提供了標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。

主泵小車及其附屬結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行（空載）功能性試驗(yàn)和（1.25倍）靜載試驗(yàn)及（1.1倍）動(dòng)載試驗(yàn)。同時(shí)，控制系統(tǒng)經(jīng)過功能測試、性能測試和可靠性測試等。動(dòng)載工況分析時(shí)，將地面不平度和主泵垂直度誤差疊加考慮，與頂升載荷的2%作比較取大值確定側(cè)向載荷（其中，2%側(cè)載對(duì)應(yīng)按GB/T3811設(shè)計(jì)選取）。頂升高度按行程極限值設(shè)置，相應(yīng)進(jìn)行限元分析，校核主泵小車的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和側(cè)向穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

主泵安裝是核電主設(shè)備安裝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其拆裝工具設(shè)計(jì)的合理性和可靠性對(duì)主泵安裝質(zhì)量和施工效率有直接影響。本文通過對(duì)AP1000屏蔽式主泵拆裝工具的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及功能原理進(jìn)行詳細(xì)闡述，明確了此類工具設(shè)計(jì)的邊界條件和要點(diǎn)，保障了設(shè)備國產(chǎn)化的順利展開。同時(shí)，針對(duì)屏蔽式主泵或濕繞組主泵進(jìn)行改型設(shè)計(jì)和功能拓展，為后續(xù)CAP1400及CAP1700主泵拆裝工具設(shè)計(jì)提供借鑒和經(jīng)驗(yàn)參考。

[1]國家發(fā)展和改革委員會(huì).核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2005—2020）[R].北京：中國新聞網(wǎng)，2007.

[2]林誠格．非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠AP1000[M]．北京：原子能出版社，2008.

[3]莊亞平．AP1000屏蔽泵的應(yīng)用分析[J].電力建設(shè)，2010，30（11）：98-101.

[4]張明乾.淺談壓水堆核電站AP1000屏蔽式電動(dòng)主泵[J].水泵技術(shù)，2008（4）：1-5.

[5]鐘興華.核電主泵拆裝裝置：中國，ZL 201310043638.9[P].2013.

[6]鐘興華.圓周角度調(diào)整機(jī)構(gòu)：中國，ZL201320063909.2[P].2013.

[7]鐘興華.隨動(dòng)定位頂升機(jī)構(gòu)：中國，ZL201320064218.4[P].2013.

Design of AP1000 RCP Installating Tools

ZHONG Xing-hua，MA Li
（ZOOMLION Heavy Industry Science and Technology Co.，Ltd.，Hunan Changsha 410025，China）

The installation format and technical requirements of main equipments were established on the basis of the function and consists of AP1000 reactor coolant pump．Combined with their own characteristics of AP1000 installation/maintenance equipments，the installation logic and sequence of reactor coolant pump are fully description hereafter．And in the practice of the first batch of AP1000 RCP，it can be used as a guideline for the installation of reactor coolant pump of the coming project．

AP1000；reactor coolant pump；installation/maintenance equipment；installation

TM623

A

1672-545X（2017）09-0072-03

2017-06-07

鐘興華（1981-），男，吉林雙遼人，產(chǎn)品設(shè)計(jì)主管，工學(xué)碩士，從事起重類設(shè)備方面的設(shè)計(jì)工作。