CPR1000核電站環(huán)行起重機(jī)的性能特點

摘要：核電站環(huán)行起重機(jī)是安裝在反應(yīng)堆廠房上方起吊反應(yīng)堆主設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備，和常規(guī)起重機(jī)相比，由于監(jiān)管要求、吊裝載荷和工作場所的特殊性，有其獨有的性能特點。文章以陽江核電站1&2號機(jī)為例對CPR1000核電站環(huán)行起重機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作過程、控制和保護(hù)裝置等方面對其性能特點進(jìn)行了分析和介紹。

關(guān)鍵詞：環(huán)行起重機(jī)；CPR1000核電站；性能特點

中圖分類號：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0115-02

CPR1000核電站是中國廣東核電集團(tuán)在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合20多年來的漸進(jìn)式改進(jìn)和自主創(chuàng)新形成的“二代加”百萬千瓦級壓水堆核電技術(shù)。它是目前國內(nèi)自主化水平、安全可靠性、成熟性、經(jīng)濟(jì)性等各方面綜合比較最佳的核電技術(shù)方案，也是目前國內(nèi)在建數(shù)量最多的核電機(jī)組。

CPR1000電站核島反應(yīng)堆廠房安全殼是一個鋼筋混凝土構(gòu)成的兩端有半圓封頭的圓柱體，核島環(huán)行起重機(jī)（下文簡稱環(huán)吊）安裝在穹頂下面的環(huán)形軌道上，電站建設(shè)期間蒸發(fā)器、壓力容器、穩(wěn)壓器等主設(shè)備通過環(huán)吊吊裝

就位。

由于核島環(huán)吊機(jī)主要起吊反應(yīng)堆壓力容器等高價值設(shè)備，其主要起升機(jī)構(gòu)對安全性的要求非常高，均采用單卷筒雙鋼絲繩的冗余設(shè)計，同時還設(shè)置防止鋼絲繩疊繞、斷繩、卷筒斷軸、傳動鏈斷裂、超載等保護(hù)裝置，這些故障信號被檢測到之后，控制系統(tǒng)控制制動器抱閘，確保吊裝載荷安全。本文以陽江核電站1&2號環(huán)吊為例，簡要分析了CPR1000核電站環(huán)行起重機(jī)的性能特點。

1 環(huán)行起重機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作過程

核電站環(huán)行起重機(jī)與一般的直線運行起重機(jī)不同，其運行在標(biāo)高40.915m、直徑35.4m的環(huán)形軌道上。環(huán)吊主要包括主梁、端梁、臺車組、工作小車、安裝小車等部分，環(huán)吊2條主梁通過高強(qiáng)螺栓連接副安裝于2條端梁上，形成堅固的框架結(jié)構(gòu)，4個臺車組通過高強(qiáng)螺栓固定于端梁底部，每個臺車組包含一臺帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)的主動車輪和一臺從動車輪。CPR1000機(jī)組環(huán)吊配有1臺217t工作小車和1臺190t安裝小車，安裝小車在大型設(shè)備吊裝完成后拆除，此外還設(shè)有10t副起升機(jī)構(gòu)、5t x-y小車、6.3t自備檢修拱架等

機(jī)構(gòu)。

環(huán)吊大車行走軌跡是圓形，可以360°任意回轉(zhuǎn)，工作小車和安裝小車沿著安裝在主梁上的軌道直線行走，起升機(jī)構(gòu)由變頻電機(jī)拖動，可以在0到轉(zhuǎn)速間平穩(wěn)起升。工作小車的217t主起升機(jī)構(gòu)和10t副起升機(jī)構(gòu)安裝有平移機(jī)構(gòu)，可以消除吊裝盲區(qū)。當(dāng)?shù)跹b蒸發(fā)器、壓力容器等超過190t的大型設(shè)備時，需將安裝小車和工作小車并聯(lián)，通過一個操作手柄進(jìn)行同步控制。

2 環(huán)行起重機(jī)的性能特點

環(huán)行起重機(jī)的功能不僅體現(xiàn)在它能夠進(jìn)行載荷升降，而且可以在某個起升機(jī)構(gòu)的零部件出現(xiàn)故障的情況下，確保被吊運的載荷不墜落，即滿足了單一故障保護(hù)原則，CPR1000核電站環(huán)吊有以下六個特點：

2.1 三套制動器的主起升機(jī)構(gòu)

環(huán)吊217t主起升機(jī)構(gòu)采用的是單變頻電機(jī)、減速箱端部驅(qū)動、三套制動器、減速箱和卷筒通過開式齒輪嚙合的形式。其三套制動器是安裝在高速軸上的電磁式工作制動器和緊急制動器、安裝在端部的液壓安全制動器組成，其中工作制動器、緊急制動器、安全制動器能保持1.5倍額定載荷不跌落，正常工作情況下能承受1.2倍額定載荷全速沖擊而保持載荷不墜落，同時設(shè)置有手動下降載荷功能，在緊急情況需要下降載荷時，可以手動打開制動器將載荷平穩(wěn)落在地面。

一般情況下，制動器的工作流程為：環(huán)吊上電后液壓的安全制動器開閘，起升時緊急制動器先開閘，變頻器驅(qū)動電機(jī)在建立一定轉(zhuǎn)矩時工作制動器開閘，載荷平穩(wěn)起升；下降時變頻器執(zhí)行減速曲線，在電機(jī)速度降到一定值（10%～30%額定轉(zhuǎn)速）時，工作制動器合閘，緊急制動器延時合閘。當(dāng)出現(xiàn)急停開關(guān)動作、重錘開關(guān)動作、超速開關(guān)動作、環(huán)吊失電等緊急情況時，安全制動器液壓站失電，安全制動器、緊急制動器、工作制動器同時動作，確保電磁制動器不可用情況下的載荷安全。

2.2 傳動鏈斷裂保護(hù)功能

環(huán)吊主要起升機(jī)構(gòu)設(shè)置有傳動鏈斷裂保護(hù)功能，主要由電機(jī)軸編碼器、減速器高速軸編碼器、減速器低速軸編碼器、卷筒軸編碼器和相應(yīng)PLC程序組成，PLC程序檢測各編碼器反饋的各軸轉(zhuǎn)速，正常情況下電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)等于減速機(jī)高速軸轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速和減速機(jī)低速軸轉(zhuǎn)速之比等于減速機(jī)減速比，減速機(jī)低速軸轉(zhuǎn)速和卷筒轉(zhuǎn)速之比等于大小齒輪齒數(shù)之比，當(dāng)其中一個速度之比發(fā)生變化時，說明傳動鏈中有軸斷裂，PLC程序發(fā)出指令各制動器動作，以保護(hù)載荷不會跌落。

2.3 吊裝盲區(qū)的消除

CPR1000機(jī)組一回路由三環(huán)路組成，反應(yīng)堆壓力容器嚴(yán)格安裝于反應(yīng)堆廠房的中心，在安裝壓力容器、堆內(nèi)構(gòu)件和壓力容器頂蓋時，環(huán)吊吊鉤中心必須精確地和反應(yīng)堆中心重合，否則會造成就位偏差，甚至?xí)斐煽呐錾踔炼褍?nèi)構(gòu)件無法就位。由于安全殼為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并且經(jīng)過預(yù)應(yīng)力和壓力試驗后尺寸會有比較大的變化，安裝在安全殼牛腿上的環(huán)吊軌道相對于反應(yīng)堆中心位置也會發(fā)生偏差，遠(yuǎn)超過主設(shè)備安裝要求。如果吊鉤垂直主梁方向固定，環(huán)吊中心和反應(yīng)堆中心的偏差會產(chǎn)生吊點盲區(qū)，即在起重機(jī)吊鉤運行過程中不能到達(dá)的圓柱形區(qū)域。

為了確保環(huán)吊準(zhǔn)確無誤地接近反應(yīng)堆壓力容器的中心區(qū)域，從而消除吊裝盲區(qū)，環(huán)吊217t主起升機(jī)構(gòu)和10t副起升機(jī)構(gòu)設(shè)置了吊鉤平移機(jī)構(gòu)。平移機(jī)構(gòu)由電動推桿和滾輪及軌道組成，電動推桿驅(qū)動起升機(jī)構(gòu)在垂直于主梁方向平移，其中10t起升機(jī)構(gòu)在一個整體框架上平移，平移距離為±100mm，217t主起升機(jī)構(gòu)由于整體較大，只有定滑輪可以平移，平移距離±75mm。當(dāng)環(huán)吊吊裝反應(yīng)堆中心設(shè)備時，如吊鉤和堆芯有偏差，可以通過操作平移機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確對中，以確保設(shè)備精確就位。

2.4 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

核島環(huán)吊和其他吊車一個重要區(qū)別是：一般吊車大車沿直線軌道行走，而環(huán)吊大車沿環(huán)形軌道旋轉(zhuǎn)。CPR1000項目環(huán)吊大車有4組車輪，分別安裝在橋架四角端梁底部，一組車輪有1個主動輪和1個從動輪，車輪組位于環(huán)吊旋轉(zhuǎn)理論中心線上。環(huán)吊車輪采用無輪緣錐形踏面車輪，行走在矩形鋼板軌道上。為了保證環(huán)吊沿著理論中心線行走而不滑向一側(cè)，環(huán)吊4組車輪處設(shè)計有4套水平導(dǎo)向輪裝置。

水平導(dǎo)向輪裝置支架為矩形，其中部通過銷軸固定在端梁上，下部安裝有鋼制滾輪，滾輪踏面和環(huán)吊軌道梁接觸，支架上部通過安裝有蝶形彈簧的連桿固定在端梁上，連桿上裝有調(diào)整螺母。環(huán)吊安裝后通過調(diào)整螺母使水平輪裝置底部滾輪和軌道梁保持10mm間隙，當(dāng)環(huán)吊偏離軌道中心時，水平滾輪壓緊軌道梁，由于水平輪裝置中部固定，由于杠桿原理其上部蝶形彈簧會產(chǎn)生壓縮，蝶形彈簧反作用力推動環(huán)吊向軌道中心方向移動，以達(dá)到自動回正

效果。

2.5 冗余鋼絲繩系統(tǒng)

為了保證在鋼絲繩斷裂的極端情況下載荷安全，環(huán)吊217t、190t、10t等主要起升機(jī)構(gòu)采用冗余鋼絲繩系統(tǒng)。所謂冗余鋼絲繩系統(tǒng)即起升機(jī)構(gòu)有2組鋼絲繩，起升卷筒上有左旋繩槽和右旋繩槽兩組，左旋鋼絲繩安裝在右旋繩槽中，穿過吊鉤的1、3、5、7滑輪固定在平衡梁裝置的左旋繩槽端，同樣，右旋鋼絲繩安裝在左旋繩槽中，穿過吊鉤的2、4、6、8滑輪固定在平衡梁裝置的右旋繩槽端。采用冗余鋼絲繩系統(tǒng)的起升機(jī)構(gòu)在一根鋼絲繩斷裂時，另外一根鋼絲繩仍能保持住載荷，同時能保持吊鉤基本平衡。

2.6 抗震防墜落裝置

根據(jù)國家監(jiān)管政策的要求，核電站設(shè)計時抗震要求非常高，對于環(huán)吊的要求是在運行期間起吊額定載荷加SSE（安全停堆地震）引起的載荷下能控制并保持負(fù)載在安全位置，大車和小車應(yīng)能保持在各自的軌道上，不碰撞建筑物，不掉落零部件。為了滿足抗震要求，環(huán)吊大車和小車都設(shè)置有抗震防墜落裝置。217t小車架底部安裝有2組防震反鉤，鉤在主梁上蓋板下緣，正常運行時有一定間隙，地震加速度將小車拋離時防震反鉤能將小車固定，使其不離開小車軌道甚至掉落。環(huán)吊大車抗震防墜落裝置和水平導(dǎo)向輪裝置一體，鉤在環(huán)吊軌道梁下蓋板底部，地震加速度將大車拋離時能將大車固定，使其不離開大車軌道甚至

掉落。

3 結(jié)語

核電站環(huán)行起重機(jī)的特殊性能特點，適應(yīng)了核電站建設(shè)和運行期間設(shè)備吊裝的要求，同樣可利用于有類似要求的起重機(jī)上。隨著國內(nèi)核電建設(shè)的穩(wěn)步開展，CPR1000型核電站環(huán)行起重機(jī)應(yīng)用會越來越普遍，本文內(nèi)容具有一定參考價值，隨著機(jī)械和電子信息科學(xué)的快速發(fā)展，環(huán)行起重機(jī)將會朝著更加可靠、精確、智能的方向發(fā)展。

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作者簡介：謝永輝（1980—），男，河南鄭州人，中廣核工程有限公司工程師，研究方向：核電站起重設(shè)備安裝調(diào)試。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）