核電站環(huán)吊起升機構(gòu)特點及性能分析

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

1 執(zhí)行標準

CPR機組是中廣核集團具有自主品牌的中國改進型壓水堆核電站，其環(huán)吊的設(shè)計、制造、檢驗、驗收主要執(zhí)行標準主要有F.E.M1001《歐洲起重設(shè)備設(shè)計規(guī)范》（歐洲搬運工程協(xié)會）、AWSD1.1《美國鋼結(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)計和建造規(guī)則》（法國）、GB/T3811《起重機設(shè)計規(guī)范》、GB/T14405《通用橋式起重機》、EJ/T801《核電廠專用起重機設(shè)計準則》等。參考執(zhí)行標準主要有德國的KTA3902《核電站起重設(shè)備的設(shè)計》和KTA3903《核電站起重設(shè)備的檢驗、試驗和操作》、美國的ANSI/ASME NOG-1《核電站用橋式和門式起重機制造標準》和NUREG 0554《核電站單一故障保護起重機》。

2 主要技術(shù)參數(shù)

CPR1000機組環(huán)吊起升機構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 性能參數(shù)表

3 起升機構(gòu)結(jié)構(gòu)組成和性能特點

防城港核電站環(huán)行起重機上設(shè)置有217 t主起升機構(gòu)按和10 t副起升機構(gòu)，其中217 t主起升機構(gòu)在核電站運行期間需要起吊臨界載荷（又稱危險載荷），根據(jù)EJ/T801標準的要求，應(yīng)滿足單一故障保護原則，即傳動鏈上任意一個元件失效后，都要保證所吊運的載荷不墜落。

如下頁圖1所示，217 t主起升機構(gòu)電動機和減速機的高速軸通過帶制動盤的聯(lián)軸器連接，減速機輸出軸上安裝有小齒輪，卷筒上安裝有大齒輪，二者構(gòu)成一個開式齒輪結(jié)構(gòu)。減速機輸入軸上兩側(cè)安裝有兩個制動器，卷筒尾部設(shè)有大型的制動盤，配合安全制動器構(gòu)成安全制動系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)和編碼器同時安裝在卷筒的尾部，起到信號檢測和限制高度的作用。上滑輪裝置位于一個橫移機構(gòu)上，沿卷筒軸線方向移動。起重量為10 t的副起升機構(gòu)相對于217 t主起升機構(gòu)，除了沒有上滑輪裝置橫移機構(gòu)外，其余均相同。本文以主起升機構(gòu)為例，進行分析。

4 安全制動系統(tǒng)組成和特點

起升機構(gòu)采用三級制動系統(tǒng)。兩個高速軸制動器，分別在運行時制動和在緊急情況時制動，在正常工作時，緊急制動器在工作制動器上閘之后。根據(jù)相關(guān)設(shè)計要求，這兩個制動器不僅每一個都能制動住全部載荷，并且安全系數(shù)需大于1.75，保證1.2倍的額定負載動載試驗和1.5倍的額定負載的靜載試驗均能制動住。為保證該起升機構(gòu)形式傳動鏈上任何一個零部件故障或失效時負載不會下落，在卷筒尾部設(shè)置安全制動器。當起升機構(gòu)傳動鏈出現(xiàn)：電動機或者卷筒110%超速（升速、帶負載或空載）、傳動鏈損壞、停電或事故斷電時，安全制動器立刻上閘。三個制動器均設(shè)置手動載荷釋放及下降功能，如果出現(xiàn)整車斷電或者出現(xiàn)事故時，制動器閘瓦可以打開，通過操作手柄，緩慢地釋放載荷，保證載荷安全下降。

圖1 217 t起升機構(gòu)示意圖

5 上滑輪橫移裝置組成和性能特點

環(huán)行起重機的承軌梁及軌道中心和安全殼中心相重合，同時反應(yīng)堆也安裝在安全殼中心。在制造及安裝過程中，可能存在著軌道偏差、大車偏斜等因素，會在安全殼中心形成一個回轉(zhuǎn)盲區(qū)，吊鉤進入不了該工作盲區(qū)。為了能夠正常和精確吊運反應(yīng)堆壓力容器及其頂蓋，設(shè)計上滑輪橫移裝置。將上滑輪組和平衡杠桿裝置安裝一個下部設(shè)置滾輪的小平臺上，并通過電動推桿進行驅(qū)動。考慮安裝誤差，滿足技術(shù)規(guī)格書上滑輪組移動200 mm要求，設(shè)計保證上滑輪組可以移動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方向能夠垂直與小車軌道。

6 鋼絲繩平衡系統(tǒng)組成和特點

起升機構(gòu)卷筒采用雙聯(lián)設(shè)計，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，并通過中部導(dǎo)向滑輪實現(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，對側(cè)鋼絲繩受力突然增大，同時此側(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 起升機構(gòu)鋼絲繩交叉纏繞示意圖

7 結(jié)語

在核電站環(huán)行起重機起升機構(gòu)設(shè)計和制造過程中，既滿足了國際上相關(guān)標準，也滿足了我國相關(guān)標準，并且遵循了單一故障的設(shè)計準則。該環(huán)吊已經(jīng)安裝試驗完成，并達到相關(guān)設(shè)計性能指標。隨著“十三五”國內(nèi)核電建設(shè)再一次起步，研究該環(huán)吊起升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能特殊要求，對我國核電站其他環(huán)行起重機的設(shè)計和制造具有一定的參考價值和指導(dǎo)意義。