人員閘門通道升降底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

趙英超 ZHAO Ying-chao；薛萬勛 XUE Wan-xun；方曉璐 FANG Xiao-lu；許桐暉 XU Tong-hui

（中國核電工程有限公司核設(shè)備所，北京 100840）

0 引言

人員閘門是核電站中安全殼壓力邊界的重要一環(huán)[1]，不僅是核電廠保持放射性物質(zhì)在安全殼內(nèi)不外泄的最后一道安全屏障，另一重要作用是核電廠在施工、冷停堆、反應(yīng)堆正常運(yùn)行以及熱停堆時(shí)，保障人員、小型設(shè)備通過進(jìn)出安全殼[2]。因?yàn)槿藛T閘門有運(yùn)輸小型設(shè)備等物品的功能要求，又需要保證（內(nèi)）外門向堆芯側(cè)右向開啟，這就導(dǎo)致傳統(tǒng)固定式通道底板的門板尺寸大于門框尺寸，所以造成了人員閘門通道內(nèi)部底板高度低于門框下沿，會導(dǎo)致門框與底板存在75mm的高度差，難以保障物品及設(shè)備在運(yùn)輸過程中的平穩(wěn)性與安全性[3-4]。為解決上述問題，本文在其它核電站的基礎(chǔ)上提出了一種人員閘門通道升降底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 人員閘門結(jié)構(gòu)簡圖

人員閘門結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，主要由1）內(nèi)門框、2）筒體、3）外門框、4）外門、5）內(nèi)門組成。

圖1 人員閘門結(jié)構(gòu)簡圖

人員閘門為鋼制筒型結(jié)構(gòu)貫穿安全殼，門的開啟和關(guān)閉可通過電動或手動的方式由傳動部件實(shí)現(xiàn)，門體開啟方向?yàn)槊嫦蚨研居议_，門體位于堆芯側(cè)，為了減小占用空間，提高核電廠空間占有率，選擇外門向筒體內(nèi)開啟，圖1中所示兩點(diǎn)劃線矩形框分別為內(nèi)門和外門開啟時(shí)的方向和位置，從而保證內(nèi)安全殼內(nèi)部為正壓時(shí)，門體處于壓緊狀態(tài)，保證內(nèi)（外）門的密封功能。

1.2 升降底板基本結(jié)構(gòu)

內(nèi)門側(cè)升降底板和外門側(cè)升降底板基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖2中A-A和B-B為升降底板對應(yīng)的剖視圖。

圖2 人員閘門通道外門側(cè)（左圖）升降底板和內(nèi)門側(cè)（右圖）升降底板基本結(jié)構(gòu)

外門側(cè)升降底板主要由6）外門側(cè)電機(jī)、7）外門側(cè)中央換向器、8）外門側(cè)換向器①、9）外門側(cè)換向器②、10）外門側(cè)萬向傳動軸①、11）外門側(cè)萬向傳動軸②、12）外門側(cè)萬向傳動軸③、13）外門側(cè)萬向傳動軸④、14）外門側(cè)升降機(jī)①、15）外門側(cè)升降機(jī)②、16）外門側(cè)升降機(jī)③、17）外門側(cè)升降機(jī)④、18）外門側(cè)底板等零部件組成。因?yàn)閮?nèi)門側(cè)升降底板與外門側(cè)升降底板結(jié)構(gòu)完全相同，此處不再重復(fù)贅述。

1.3 主要組件描述

因?yàn)橥忾T側(cè)升降底板和內(nèi)門側(cè)升降底板結(jié)構(gòu)相同，所有組件均以外門側(cè)升降底板組件介紹。外門側(cè)升降底板除本小節(jié)所述電機(jī)、換向器、梅花聯(lián)軸器、升降機(jī)，H型鋼、覆板、角鋼等組件后續(xù)章節(jié)講解不在此部分贅述。

1.3.1 電機(jī)

電機(jī)為升降底板兩端的升降機(jī)提供動力，依據(jù)傳動計(jì)算的結(jié)論，電機(jī)理論轉(zhuǎn)速為1400轉(zhuǎn)/min。考慮一定安全裕量，選擇電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/min，電機(jī)功率為3kW的Y100LB3-4P三項(xiàng)交流電機(jī)。

設(shè)備完成并進(jìn)行聯(lián)調(diào)試驗(yàn)時(shí)，外門側(cè)升降底板上升時(shí)間10秒，行程76mm，下降時(shí)間10s，內(nèi)門側(cè)升降底板上升時(shí)間為13s，行程75mm，下降時(shí)間13s，可以滿足試驗(yàn)要求。

1.3.2 換向器

換向器的作用是能夠在電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)起到換向作用，為使電機(jī)的動力可以通過10-13）外門側(cè)萬向傳動軸①-④傳遞到位于底板四角15-18）升降機(jī)①-④上。本方案采用兩次換向，第一次電機(jī)通過EC100P03F換向器，第二次經(jīng)過兩個(gè)相同的EC80P03F換向器，實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞。

1.3.3 梅花聯(lián)軸器

在圖2中6）外門側(cè)電機(jī)與7）外門側(cè)中央換向器通過梅花聯(lián)軸器①連接，以及7）外門側(cè)中央換向器與8）外門側(cè)換向器①和9）外門側(cè)換向器②之間通過兩個(gè)相同的梅花聯(lián)軸器②連接，一方面可以有調(diào)節(jié)扭矩偏差的作用，另一方面又可以確定設(shè)備是否同心，便于設(shè)備的安裝與拆卸，起到保護(hù)設(shè)備的效果。

1.3.4 升降機(jī)

為實(shí)現(xiàn)底板的整體平穩(wěn)上升和下降，將外門側(cè)升降機(jī)安置在底板四周最外側(cè)部分，數(shù)量共四個(gè)，升降機(jī)型號選擇為SJ25-B-RV-C70-ULH。

1.3.5 行程開關(guān)

行程開關(guān)利用內(nèi)部元件碰撞達(dá)到控制電路的接通和閉合，從而可以控制底板的升降。為了外門側(cè)升降底板可以按照75±2mm設(shè)置的行程，實(shí)現(xiàn)上升和下降往返運(yùn)動，避免升降底板行程過大與門框發(fā)生碰撞，造成門體損壞等后果。

1.3.6 相關(guān)部件校核

因?yàn)樯鲜鼋M件中均按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)選型，且人員閘門通道升降底板部分機(jī)械聯(lián)調(diào)試驗(yàn)已完成，可以保證設(shè)計(jì)的合理性與可行性。

2 升降底板工作過程分析

人員閘門通道升降底板的升降過程大致如下：

底板升降過程中，電機(jī)的動力通過中央換向器傳送到與底板兩側(cè)對稱設(shè)置的換向器①和換向器②上，再經(jīng)過萬向傳動軸①和萬向傳動軸②將換向器①的動力傳送到底板一側(cè)兩個(gè)角的升降機(jī)①和升降機(jī)③上；萬向傳動軸③和萬向傳動軸④將換向器②的動力傳送到底板另一側(cè)兩個(gè)角的升降機(jī)②和升降機(jī)④上，升降機(jī)通過絲杠控制底板完成上升和下降動作。

外門側(cè)升降底板與內(nèi)門側(cè)升降底板互不影響，可各自獨(dú)立升降，而且兩者升降過程相同，其升降高度行程設(shè)計(jì)值為75±2mm。

圖3（a）、圖3（b）、圖3（c）和圖3（d）為人員閘門通道升降底板由外門向內(nèi)門運(yùn)輸物品的步驟示意圖。

圖3（a）為人員閘門初始狀態(tài)，當(dāng)由外門側(cè)向內(nèi)門側(cè)運(yùn)輸物品時(shí)，首先打開外門升起外門側(cè)升降底板及內(nèi)門側(cè)升降底板至與人員閘門門框下沿平齊如圖3（b）、圖3（c）所示。將運(yùn)輸小車推過外門側(cè)升降底板到達(dá)內(nèi)門側(cè)升降底板上，降下外門側(cè)升降底板后關(guān)閉外門，打開內(nèi)門，將運(yùn)輸小車推出人員閘門通道，降下內(nèi)門側(cè)升降底板關(guān)閉內(nèi)門，整個(gè)過程完畢。

圖3 通道升降底板運(yùn)輸物品步驟示意圖

由內(nèi)門側(cè)向外門側(cè)運(yùn)輸物品時(shí)，先打開內(nèi)門，升起內(nèi)門側(cè)升降底板至與人員閘門門框下沿齊平，將運(yùn)輸小車運(yùn)輸至內(nèi)門側(cè)升降底板上，關(guān)閉內(nèi)門，打開外門，升起外門側(cè)升降底板與內(nèi)門側(cè)升降底板平齊，將運(yùn)輸小車推出人員閘門通道，降下外門側(cè)、內(nèi)門側(cè)升降底板，關(guān)閉外門，整個(gè)過程完畢。

3 人員閘門通道升降底板安裝與調(diào)試問題分析

3.1 升降底板安裝

人員閘門通道升降底板結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，因內(nèi)門側(cè)升降底板與外門側(cè)升降底板結(jié)構(gòu)相同，仍以外門側(cè)升降底板安裝過程作為介紹。外門側(cè)通道升降底板的底部由8塊長度為348mm，截面為100*100mm的H型鋼①作為圖2中豎直方向的主要支撐部件，由8塊長度為412mm，截面為100*100mm的H型鋼②作為圖2中水平方向的主要支撐部件。兩種不同的H型鋼通過焊接的形式將其固定組合在一起，將2塊完全相同的覆板平鋪在H型鋼上，覆板的長度和寬度分別為1600mm和800mm，每塊覆板上留有16個(gè)M10的孔，并結(jié)合J427HR和E4303焊條進(jìn)行焊接，用實(shí)現(xiàn)覆板與H型鋼的固定與安裝。

外門側(cè)升降底板有4個(gè)升降塊，分別對應(yīng)4個(gè)升降機(jī)座，分別將升降塊與機(jī)座對應(yīng)安裝后放置在底板四周。相應(yīng)的電機(jī)、換向器和行程開關(guān)分別有對應(yīng)的機(jī)座。電機(jī)、換向器以及絲杠可以看做一個(gè)整體部件，將其最終與升降塊組合，能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動即可。因?yàn)殡姍C(jī)安放在左側(cè)覆板的正下方，這就會使得其距離左右兩側(cè)升降底板最遠(yuǎn)端距離不一致，又為了可以保證左右兩側(cè)的升降底板上升高度相同，在本結(jié)構(gòu)中通過改變左右兩側(cè)升降塊的形狀來實(shí)現(xiàn)上升相同高度的目的。可以限制升降底板行程的行程開關(guān)和行程開關(guān)組件，安裝在底板右側(cè)中心部分，距離底板邊緣200mm的位置。

3.2 升降底板現(xiàn)場調(diào)試及問題

3.2.1 問題分析

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單，現(xiàn)場調(diào)試階段問題不多，僅存在一個(gè)問題。在外門側(cè)升降底板向上提升時(shí)，總是會提前結(jié)束行程，導(dǎo)致門框與底板存在5mm的間隙，無法保證同一高度。內(nèi)門側(cè)升降底板存在同樣的問題，不過內(nèi)門側(cè)底板會在門框距離4mm位置停止。原因分析：設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，使得行程開關(guān)位置相對較高，會使其提前觸碰底板而結(jié)束行程，導(dǎo)致上述問題。解決措施：分別將外門側(cè)行程開關(guān)和支架分別下調(diào)5mm和4mm。

3.2.2 調(diào)試結(jié)果

人員閘門通道升降底板初始位置如圖4所示，初始位置低于門框，經(jīng)過向下調(diào)整行程開關(guān)的位置，從而可以實(shí)現(xiàn)通道底板在行程結(jié)束位置時(shí)與門框呈水平狀態(tài)，結(jié)束時(shí)位置如圖5所示。

圖4 升降底板初始位置

圖5 升降底板結(jié)束位置

4 結(jié)論

人員閘門一個(gè)重要作用是保障小型設(shè)備及物品進(jìn)出安全殼，為避免小型設(shè)備及物品進(jìn)出閘門時(shí)因升降底板與門框的高度差受到損壞。本文結(jié)合以往核電站的運(yùn)行及反饋經(jīng)驗(yàn)，提出一種升降底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠顯著提高物品經(jīng)過人員閘門運(yùn)輸?shù)钠椒€(wěn)性與安全性。目前人員閘門通道升降底板已在昌江小堆科技示范工程等項(xiàng)目中應(yīng)用，并已完成相關(guān)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)。