核島燃料貯存格架自動翻轉系統的應用

劉琪琳 李云峰 潘國祥 楊澤宇 朱全友

中國核工業二三建設有限公司紅沿河項目部 遼寧 瓦房店 116300

1 概述

核島燃料貯存格架自動翻轉系統通過舵輪結構的電動行走平臺搭載一臺大型齒圈結構的翻轉機，配以由安全感應器等構成的安全控制系統，通過操縱無線工業遙控器或線控手柄，實現格架的自動翻轉，在減少人力物力投入的同時，提高工作效率，降低質量安全風險，實現機械安裝自動化。

2 背景技術

現有的用于核島燃料廠房燃料貯存格架的翻轉工具為標準的固定式結構架，在引入過程中，基于核島燃料廠房乏燃料貯存格架自身結構特點及燃料廠房環境的局限性，需要空中翻轉，其不利因素如下所述：

(1)由于格架的翻轉是通過吊車與倒鏈配合，在空中實現的，因此格架的重心位置較高且無支撐點，因此容易出現重心不穩造成格架傾斜與傾倒，導致設備受損，人員受傷；在翻轉過程中存在極大的質量安全風險；

(2)由于格架與L型翻轉托架總重量接近于吊車的額定荷載，因此在空中翻轉過程中由于存在晃動，經常會超過吊車的額定荷載，造成吊車報警和和停車，格架懸置在空中，待吊車由專業人員恢復后再進行落位和重新翻轉，反反復復，操作難度大，浪費大量的人力物力財力、工作效率低、質量安全風險高。

3 工作原理

翻轉機構主要由翻轉機構結構架、驅動部分、支承結構組成。其中翻轉機構結構架包含翻轉結構體和齒圈，翻轉機構驅動部分包含電機減速機，小齒輪等。通過驅動部分將扭矩傳遞到小齒輪上，小齒輪與大齒圈通過齒輪嚙合傳遞扭矩，將扭矩傳遞給翻轉結構架上，從而帶動翻轉結構架進行90度翻轉

乏燃料貯存格架自動翻轉系統上的翻轉機構采用雙側齒輪傳動形式，由三相異步電機作為動力源經過一定速比的減速機減速后帶動兩側小齒輪轉動，兩側小齒輪帶動兩側120°大齒圈進行傳動，兩側大齒圈和翻轉主體框架通過螺栓固定在一起，進而帶動翻轉主體進行翻轉90°。

通過操縱無線或有線工業遙控器或人機界面3種方式控制車體上加載的翻轉機構運動。使其翻轉機構可以旋轉90度，從水平位置翻轉到豎直位置。同時通過程序完成安全閉鎖功能，當翻轉機構到達垂直位置后通過裝在翻轉機構兩側的到位傳感器反饋的位置信息，系統自動停止翻轉以保護貯存格架的平穩吊裝。翻轉機只有在車體上的翻轉機構水平停穩到位后才可以通過手持遙控器來發送行駛指令。所有翻轉動作全是由手持遙控器來完成的，可以完全實現單人操作完成運輸的整個過程。

4 翻轉機構結構特點

翻轉平穩可靠，旋轉緩啟動，電機自帶抱閘可保證在突然斷電的情況下進行位置鎖定，大程度增強了安全可靠性。

翻轉機構結構特點如下：

(1)八托輥機構，保證設備平穩運行。

(2)機械齒輪式翻轉系統，不會出現倒轉現象。

(3)托輥及翻轉底座均有安全外罩，保證人員操作安全。

(4)托輥內軸承采用成對的圓錐滾子軸承，能夠適應各種復雜的徑向和橫向受力不均的受力情況。

(5)采用工業減速機，噪音小，力矩大,運行更加平穩。

(6)電機帶停車剎車自鎖功能，可任意位置停機，翻轉體原位鎖定，安全可靠。

(7)電氣系統裝配有變頻器，含過流、過載、短路、缺相保護功能。

(8)電器部分采用保護斷路器，過載斷路開關，及過電流保護接觸器，有效防止過載產生的安全隱患。

(9)帶指示報警裝置，有效提醒員工操作安全。

(10)采用多重限位開關及機械保護裝置，確定操作安全。

(11)設備電機啟動采用緩啟動，緩停止，運行平穩、快捷，不會出現突然倒塌現象。

(12)有過流保護裝置，翻轉機超過翻轉最大重量，會自動斷電停機保護，不會損壞電機。

圖1 翻轉機構主要組成

4.1 工作流程 該裝置是將燃料格架由臥式翻轉90°形成立式狀態的部件，具體工作流程為：將燃料格架通過自行式起重機放置在翻轉機構A面，由電動行走平臺車搭載翻轉機構通過土建擴展區后將其運輸至KX廠房0米吊裝孔正下方，通過傳動系統(電機、減速器)帶動小齒輪轉動，小齒輪與大齒圈嚙合，帶動翻轉機構旋轉，當翻轉機構旋轉90°時，燃料格架由臥式翻轉形成立式，從而使燃料格架由A平面的臥式放置翻轉成為B平面的立式放置，然后通過核島KX廠房+28.710m的輔助吊車將其吊離翻轉機構，就位于KX廠房的乏燃料水池中。

設備額定載重量為15t，翻轉行程90°，運行時間60-80s。傳動系統中電動機自帶自鎖功能，能夠實現任意位置停車自鎖。

圖2 翻轉效果示意圖

5 結束語

乏燃料貯存格架自動翻轉技術的應用實現了格架的自動翻轉，在減少人力物力投入的同時，提高工作效率，降低質量安全風險，實現機械安裝自動化。并在實際工程應用中取得了良好的應用效果，具有廣泛的推廣使用價值。