行車(chē)抗龍卷風(fēng)鎖定裝置在汽輪機(jī)廠房中的應(yīng)用

程昆明，郭 靜

（山東核電有限公司，山東 煙臺(tái) 265116）

行車(chē)抗龍卷風(fēng)鎖定裝置在汽輪機(jī)廠房中的應(yīng)用

程昆明，郭 靜

（山東核電有限公司，山東 煙臺(tái) 265116）

為避免對(duì)核島安全的潛在影響，核電廠汽輪機(jī)廠房行車(chē)考慮設(shè)置抗龍卷風(fēng)鎖定裝置。本文以山東海陽(yáng)核電廠一期工程為例，論述了汽輪機(jī)廠房行車(chē)抗龍卷風(fēng)鎖定裝置的設(shè)置方案、計(jì)算過(guò)程、主要特點(diǎn)、安全考慮等方面的內(nèi)容。

核電；汽輪機(jī)廠房；行車(chē)；抗龍卷風(fēng)；鎖定裝置

山東海陽(yáng)核電廠一期工程2×1 250 MW級(jí)核電機(jī)組用4臺(tái)汽輪機(jī)廠房行車(chē)(2臺(tái)240/40 t和2臺(tái)130/40 t)。每個(gè)汽輪機(jī)廠房安裝1臺(tái)240/40 t行車(chē)和1臺(tái)130/40 t行車(chē)[1]。

根據(jù)西屋文件APP-GW-C1-001 Rev.1“土建/結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則”附件A“汽輪機(jī)島設(shè)計(jì)負(fù)荷規(guī)范”第A.2.2節(jié)“起重機(jī)負(fù)荷的描述”[2]:起重機(jī)應(yīng)該考慮在龍卷風(fēng)事件下處于非運(yùn)行鎖定在停止位置，在設(shè)計(jì)起重機(jī)梁和橫向結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)于作用在起重機(jī)上的龍卷風(fēng)負(fù)荷，應(yīng)該考慮鎖定裝置的效果。

考慮到龍卷風(fēng)作用下行車(chē)需要鎖定在吊車(chē)梁上，確定設(shè)置汽輪機(jī)廠房行車(chē)抗龍卷風(fēng)鎖定裝置。

1 方案介紹

汽輪機(jī)廠房行車(chē)抗龍卷風(fēng)鎖定裝置的方案主要是：在大車(chē)上設(shè)置電力液壓防爬器裝置（見(jiàn)圖1），在小車(chē)上設(shè)置電動(dòng)錨定裝置，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性修改，以達(dá)到抗風(fēng)防滑之作用。此方案安裝方便，操作簡(jiǎn)單，成本較低，而且效果顯著。

2 計(jì)算驗(yàn)證

2.1 龍卷風(fēng)相關(guān)參數(shù)

AP1000標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)給出了龍卷風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)參數(shù)，但是在海陽(yáng)核電廠工程的設(shè)計(jì)中所采用的參數(shù)，是根據(jù)海陽(yáng)廠址設(shè)計(jì)的特定參數(shù)。龍卷風(fēng)相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

根據(jù)這些參數(shù)可以計(jì)算得出具體風(fēng)壓：

（1）按GB/T 3811—2008起重設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算

式中：q——風(fēng)壓；

v——風(fēng)速。

（2）按提供風(fēng)壓計(jì)算

平行于屋脊風(fēng)壓：

垂直于屋脊風(fēng)壓：

由(1)、(2)可得，按風(fēng)壓q=4.305 6 kN/m2計(jì)算是偏于安全的。

2.2 關(guān)于130 t橋機(jī)的驗(yàn)證

2.2.1 已知的130 t橋機(jī)有關(guān)信息

（1）小車(chē)

1）重量：35 t（其中副小車(chē)13 t）

2）迎風(fēng)面積:

垂直于屋脊：A垂=5.421 m2

平行于屋脊：A平=7.384 m2

平面面積：A小車(chē)底=28.25 m2

（2）整機(jī)

1）重量：170 t

2）迎風(fēng)面積：

垂直于屋脊：A垂=99.614 m2

平行于屋脊：A平=12.487 m2

平面面積：A整機(jī)底=221.7 m2

2.2.2 校核龍卷風(fēng)對(duì)行車(chē)的影響

（1）小車(chē)

1）風(fēng)平行于屋脊：受力面為垂直于屋脊的小車(chē)面，且此時(shí)風(fēng)向垂直于小車(chē)軌道，可得：

式中：c——風(fēng)力系數(shù)；

kh——風(fēng)力高度系數(shù)；

A——迎風(fēng)面積。

小車(chē)車(chē)輪滑動(dòng)摩擦力：

小車(chē)自重產(chǎn)生的摩擦力大于風(fēng)力，可以抵御平行于屋脊的風(fēng)壓產(chǎn)生的力。

2）風(fēng)垂直于屋脊

a.受力面為平行于屋脊的小車(chē)面，且此時(shí)風(fēng)向平行于小車(chē)軌道，可得：

空載時(shí)如果小車(chē)與軌道產(chǎn)生的摩擦力小于風(fēng)力，則小車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，從動(dòng)輪產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。通過(guò)計(jì)算可得：

F滾=0.181 tf；F滑=1.146 tf

P垂=4.28 tf>F摩=0.181+1.146=1.327 tf

所以，風(fēng)力大于小車(chē)摩擦力，小車(chē)滑移。

采取措施：主梁上焊接每2 m一個(gè)錨定座，發(fā)生龍卷風(fēng)時(shí)小車(chē)上的電動(dòng)錨定裝置工作，迅速將小車(chē)錨定在大梁上，防止小車(chē)產(chǎn)生滑移。

b.受力面為地面投影小車(chē)面，此時(shí)產(chǎn)生上浮力，可得風(fēng)力:

小車(chē)自重大于風(fēng)力產(chǎn)生的上浮力，所以不用加安全鉤措施。

（2）整機(jī)

1）風(fēng)垂直于屋脊

受力面為平行于屋脊的整機(jī)面，且此時(shí)風(fēng)向垂直于大車(chē)軌道，可得風(fēng)力：

空載時(shí)，大車(chē)車(chē)輪與軌道產(chǎn)生的摩擦力為滑動(dòng)摩擦，計(jì)算可得：

風(fēng)力小于大車(chē)的滑動(dòng)摩擦，故整機(jī)在垂直于軌道方向上不滑動(dòng)。

2）風(fēng)平行于屋脊

受力面為垂直于屋脊的整機(jī)面，且此時(shí)風(fēng)向平行于大車(chē)軌道，可得風(fēng)力：

如果空載時(shí)大車(chē)與軌道產(chǎn)生的摩擦力小于風(fēng)力，則大車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，從動(dòng)輪產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。通過(guò)計(jì)算可得：

所以，風(fēng)力大于大車(chē)摩擦力，大車(chē)滑移。

采取措施：大車(chē)選用防爬器FPII-500，這相當(dāng)于加了臨時(shí)車(chē)擋，整機(jī)的重量就可以抵御平行于屋脊的風(fēng)壓產(chǎn)生的力。但整機(jī)可能因風(fēng)力太大傾翻。計(jì)算整機(jī)的傾覆力如圖2所示。

故整機(jī)自重可抵抗風(fēng)力不傾翻，電動(dòng)防爬器可以隨時(shí)隨地動(dòng)作，將整機(jī)固定在軌道上。

2.3 關(guān)于240 t橋機(jī)的驗(yàn)證2.3.1 已知的240 t橋機(jī)有關(guān)信息

（1）小車(chē)

1）重量：50 t（其中副小車(chē)12 t）

2）迎風(fēng)面積：

垂直于屋脊：A垂=5.53 m2

平行于屋脊：A平=7.65 m2

平面面積：A小車(chē)底=30.73 m2

（2）整機(jī)

1）重量：240 t

2）迎風(fēng)面積：

垂直于屋脊：A垂=124.64 m2

平行于屋脊：A平=19.43 m2

平面面積：A整機(jī)底=228.43 m2

2.3.2 校核龍卷風(fēng)對(duì)行車(chē)的影響

（1）小車(chē)

1）風(fēng)平行于屋脊：受力面為垂直于屋脊的小車(chē)面，且此時(shí)風(fēng)向垂直于小車(chē)軌道，可得：

小車(chē)車(chē)輪滑動(dòng)摩擦力計(jì)算可得：

小車(chē)自重產(chǎn)生的摩擦力大于風(fēng)力，可以防止平行于屋脊的風(fēng)壓產(chǎn)生的力。

2）風(fēng)垂直于屋脊

a.受力面為平行于屋脊的小車(chē)面，且此時(shí)風(fēng)向平行于小車(chē)軌道，可得：

空載時(shí)如果小車(chē)與軌道產(chǎn)生的摩擦力小于風(fēng)力，則小車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，從動(dòng)輪產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。通過(guò)計(jì)算可得：

F滾=0.211 tf；F滑=1.274 tf

P平=4.28 tf>F摩=0.211+1.274=1.485 tf

所以，風(fēng)力大于小車(chē)摩擦力，小車(chē)滑移。

采取措施：主梁上焊接每2 m一個(gè)錨定座，發(fā)生龍卷風(fēng)時(shí)小車(chē)上的電動(dòng)錨定裝置工作，迅速將小車(chē)錨定在大梁上，防止小車(chē)產(chǎn)生滑移。

b.受力面為地面投影小車(chē)面，此時(shí)產(chǎn)生上浮力，可得風(fēng)力:

小車(chē)自重大于風(fēng)力產(chǎn)生的上浮力，所以不用加安全鉤措施。

（2）整機(jī)

1）風(fēng)垂直于屋脊：受力面為平行于屋脊的整機(jī)面，且此時(shí)風(fēng)向垂直于大車(chē)軌道，可得風(fēng)力：

空載時(shí)，大車(chē)車(chē)輪與軌道產(chǎn)生的摩擦力為滑動(dòng)摩擦。計(jì)算可得:

風(fēng)力小于大車(chē)的滑動(dòng)摩擦，故整機(jī)在垂直于軌道方向上不滑動(dòng)。

2）風(fēng)平行于屋脊：受力面為垂直于屋脊的整機(jī)面，且此時(shí)風(fēng)向平行于大車(chē)軌道，可得風(fēng)力：

如果空載時(shí)大車(chē)與軌道產(chǎn)生的摩擦力小于風(fēng)力，則大車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，從動(dòng)輪產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。通過(guò)計(jì)算可得：

F滑=9.348 tf；F滾=1.495 tf

F摩=9.348+1.495=10.843 tf

所以，風(fēng)力大于大車(chē)摩擦力，大車(chē)滑移。

采取措施：大車(chē)選用防爬器FPII-630，這相當(dāng)于加了臨時(shí)車(chē)擋，整機(jī)的重量就可以防止平行于屋脊的風(fēng)壓產(chǎn)生的力。但整機(jī)可能因風(fēng)力太大傾翻。計(jì)算整機(jī)的傾覆力如圖3所示。

故整機(jī)自重可抵抗風(fēng)力不傾翻，電動(dòng)防爬器可以隨時(shí)隨地動(dòng)作，將整機(jī)固定在軌道上。

防爬器和電動(dòng)錨定裝置均為常閉控制，防爬器的摩擦塊材質(zhì)要好，摩擦系數(shù)要高。

3 具體方案和主要特點(diǎn)

在130 t橋機(jī)中：大車(chē)軌道處共設(shè)置4個(gè)防爬器，型號(hào)為FPII-500，每邊2個(gè)；小車(chē)軌道處共設(shè)置2套電動(dòng)錨定裝置，每邊1套。

在240 t橋機(jī)中：大車(chē)軌道處共設(shè)置4個(gè)防爬器，型號(hào)為FPII-630，每邊2個(gè)；小車(chē)軌道處共設(shè)置2套電動(dòng)錨定裝置，每邊1套。

當(dāng)發(fā)生龍卷風(fēng)時(shí)，通過(guò)控制室的急停按鈕，令大車(chē)防爬器斷電，鐵楔自動(dòng)下放至車(chē)輪處，起到車(chē)擋作用。同時(shí)小車(chē)電動(dòng)錨定裝置的電液推桿失電，小車(chē)錨定桿落下插入設(shè)置在行車(chē)主梁上平面的錨定座內(nèi)，防止小車(chē)沿小車(chē)軌道方向滑移。

選用的防爬器的主要特點(diǎn)有：

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，使用壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定，維修率低。

2）選用ED型推動(dòng)器采用依靠自重下放、推動(dòng)器上提的設(shè)計(jì)，動(dòng)作性能優(yōu)良，外殼防護(hù)等級(jí)高?？稍O(shè)置下降延時(shí)功能，避免斷電后大車(chē)對(duì)鐵楔產(chǎn)生大的沖擊。

3）主要擺動(dòng)鉸點(diǎn)均設(shè)有自潤(rùn)滑軸承，銷(xiāo)軸采用不銹鋼，可防止銹蝕和卡死，確保動(dòng)作靈敏可靠。

4）備有手動(dòng)釋放功能，維護(hù)方便。

5）限位開(kāi)關(guān)是機(jī)構(gòu)處于提起位置的標(biāo)志，可與主機(jī)行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)。

6）摩擦塊經(jīng)特殊工藝處理，摩擦系數(shù)高，防腐性能好。

4 設(shè)計(jì)安全考慮

1）在行車(chē)正常運(yùn)行情況下，如何采取措施保證防爬器可靠上提，不會(huì)因?yàn)殡姎獾裙收显斐蓚€(gè)別防爬器的誤落。

每一個(gè)防爬器上均設(shè)置有檢測(cè)限位開(kāi)關(guān)，檢測(cè)其是否可靠上提。若檢測(cè)限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，則說(shuō)明防爬器處于故障狀態(tài)，此時(shí)程序會(huì)自動(dòng)切斷大車(chē)運(yùn)行。

2)當(dāng)行車(chē)正常運(yùn)行，大車(chē)防爬器中一個(gè)誤動(dòng)作，將其中一個(gè)車(chē)輪鎖死時(shí)，有何措施保證其他的車(chē)輪立即制動(dòng)，以避免由于其他車(chē)輪的慣性行走造成行車(chē)脫軌或其他事故的發(fā)生。

所有防爬器的檢測(cè)限位開(kāi)關(guān)均聯(lián)鎖，一旦其中任何一個(gè)防爬器以任何方式下落鎖定，防爬器落下的一瞬間，檢測(cè)限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，由于受聯(lián)鎖控制，保證大車(chē)立即切斷運(yùn)行動(dòng)力輸出，大車(chē)運(yùn)行電機(jī)制動(dòng)器立即制動(dòng)（制動(dòng)無(wú)延時(shí)），避免行車(chē)脫軌。

[1] 海陽(yáng)核電一期工程汽輪機(jī)房行車(chē)和循環(huán)水泵房行車(chē)設(shè)備采購(gòu)合同[R].（Procurement Contract for Overhead Crane Equipment in Turbine and CWP Buildings of Haiyang NPP Phase I [R].）

[2] 西屋設(shè)計(jì)文件APP-GW-C1-001 Rev.1土建/結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[S].（Westinghouse Design Document APPGW-C1-001 Rev.1 Civil Engineering/Structural Design Criteria [S].）

Application of Main Crane Lock Mechanism in the Turbine Building of Nuclear Power Plant

CHENG Kun-ming，GUO Jing
（Shandong Nuclear Power Co.，Ltd.，Yantai of Shandong Prov. 265116，China）

In order to avoid potential impact on safety of nuclear island side, anti-tornado lock mechanism are designed on the girder of turbine building main crane. Based on the experience of Haiyang NPP Phase I, this paper illustrates the installation plan for main crane lock mechanism of turbine building, calculation course, main characteristics and safety consideration, etc.

nuclear power；turbine building；main crane；anti-tornado；lock mechanism

TL48 Article character：A Article ID：1674-1617(2012)01-0063-05

TL48

A

1674-1617(2012)01-0063-05

2011-05-11

程昆明（1971—），男，河南新鄉(xiāng)人，高工，碩士，從事核電站設(shè)計(jì)管理工作。