環軌式起重機在核電廠的建造應用研究
——以SGC- 250 為例

李興舉 王 帥 齊 勇

中國外運大件物流有限公司 上海 201204

1 項目簡介

因具有減少現場施工量、縮短建設工期等優勢，模塊化技術越來越多地被應用在工程設計和建造中。采用模塊化后，大量的施工工作在制造廠完成，可以更好地保證施工質量。然而，從施工角度上看，大規模的模塊化在提供各種便利的同時，也給運輸和吊裝工作提出了更高的要求和挑戰。

在核電站核島設備安裝過程中，一般采用“開頂法”（宋氏工法，圖1）吊裝，即在反應堆廠房環吊安裝前，用大型吊車將重型設備在廠房外翻轉豎立；然后越過反應堆廠房結構進行設備的就位；待反應堆廠房所有重型設備和大型結構模塊就位后，再進行反應堆廠房穹頂施工[1-6]。

世界上最大的環軌吊是比利時SARENS 的Big Carl SGC- 250，5000t 超重型環軌式起重機，目前在英國欣克利角C（HPC）核電站項目進行吊裝作業。英國欣克利角C 項目是由法國電建（EDF）和中廣核共同投資建設的三代壓水堆核電機組，包括600 多個設備的吊裝任務，表1 為典型設備的清單。

圖1 開頂法吊裝

表1 英國欣克利角C項目典型設備清單

2 環軌起重機起重能力對比研究

目前具有代表性的最大環軌式起重機主要有荷蘭MAMMOET- PTC200- DS、英國ALE- AL.SK350 和比利時Sarens- SGC250。這些起重機的研發、制造技術成熟，已形成標準化、系列化，并在實踐中得到廣泛應用。國際上具有代表性的環軌式起重機見圖2。

圖2 環軌式起重機

上述3 種主要環軌式起重機的性能如表2 所示。有表可知，在主臂工況、50m 外伸半徑下，AL.SK350、PTC200- DS 和SGC- 250 3 種環軌吊的起重能力分別是2371t、3050t 和4362t。由此可見，SGC- 250 具有更大的起吊能力。這種大噸位大起重半徑的起重能力，可滿足吊機一個站位多個吊裝任務的需求。

3 風速對環軌吊的影響分析

吊裝作業對風速有嚴格的要求，風會對吊機及貨物產生水平推力載荷，影響吊機穩定性，因此每一次吊裝都要驗算吊裝最大允許風速。風速包括平均風速和3s 陣風風速，當計算風對吊機的荷載時，需要計算3s風速，其計算公式見式（1）。

式中：z——吊裝高度；

吊機承受的風載荷主要包括作用在吊機上和貨物上的風載，其計算公式見式（2）。

表2 國際上3 種代表性的環軌式起重機起重性能

式中：CW——阻力系數；

V——3s 陣風風速；

AP——投影面積；

ρ=1.25kg/ m3(空氣密度)

搭建SGC- 250 風載分析模型，校核不同工況下環軌吊允許的最大風速，以Liner Ring 2 為例進行分析。

圖3 SGC- 250 風載分析模型

表3 SGC- 250 風載分析數據

通過計算，在吊裝高度17m，操作半徑108m 的情況下，Liner Ring 2 最大允許的操作風速是21m/ s。通過該計算模型可同樣求出其他貨物在不同工況下的最大允許操作風速，結果如表3 所示。由表可知，在主臂工況下，環軌吊SGC- 250 具有很強的抗風性，可適應惡劣天氣環境作業。

4 環軌起重機SGC- 250 軌道分載

SGC- 250 擁有5200t 配重，屬于集裝箱式配重，只需在工作地填滿沙子就可以當成配重使用。它有128個輪子，最大載荷力矩為250000t·m，并且具有全移動環形起重機的所有功能，機動靈活性好。

在HPC 項目中，SGC- 250 在3 個通過軌道連接的起吊點之間運行，整個軌道是用混泥土建造而成，滑軌鋪在混泥土上，總長度超過6km。這樣的設計可節約吊機轉場時間，提高工作效率，具體如圖4 所示。

圖4 環軌式起重機直行軌道

如圖5 所示，SGC- 250 采用的雙環梁和車輪轉向架可以大大降低輪載，通過全局SGC 250 模型分析極限工況下的最大輪載，發現最大輪載出現在124m 主臂工況下。表4 為SGC- 250 輪載荷。

表4 SGC- 250 輪載荷 kN

圖5 環軌式起重機雙環梁和車輪轉向架

環軌式起重機的軌道結構見圖6。

圖6 環軌式起重機的軌道結構

通過45 度分載法，可求得每個輪子通過軌道作用在混泥土上的接觸面積（S），見式（3）。

所以，垂向力(Fz)作用在混泥土上的壓應力（P1）計算公式見式（4）。

該接觸面截面系數（W）計算式見公式（5）。

水平切向力（Fh）會對接觸面產生的彎矩（M），其計算公式見式（6）。

水平切向力（Fh）會對接觸面產生的彎曲應力（P2）計算公式見式（7）。

則總的對地壓力（P）計算公式見式（8）。

所以在極限工況下，使用SGC- 250 對地面的壓力需要大于25t/ m2。

5 結語

環軌式起重機安全可靠的大噸位大半徑起吊特點是未來大模塊安裝的必要條件，其較小的接地壓比和大抗風性，也能適應不同作業環境。因此，在未來核電建設當中，環軌式起重機會得到越來越廣泛的應用。

隨著我國經濟的快速發展，在實現中華民族復興的偉大道路上，中國企業走向國際是必然趨勢，這對大件吊裝企業來說，既是機遇，又是挑戰。目前國內還沒有自主研發的大型環軌式起重機，所以加快研發中國式環軌吊是目前的緊要任務。