核電站用環(huán)行起重機(jī)的性能分析

龍劍+++張慶華+++張紅+++艾立軍+++何沛

摘 要：環(huán)行起重機(jī)是安裝在核電站反應(yīng)堆廠房上空起吊反應(yīng)堆設(shè)備的起重設(shè)備，針對核電站用環(huán)行起重機(jī)吊裝工藝和工作場所的特殊性，文章從環(huán)行起重機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作過程和功能等方面對核電站用環(huán)行起重機(jī)的性能進(jìn)行了分析和介紹。

關(guān)鍵詞：環(huán)行起重機(jī)；核電站；性能分析

前言

起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)對安全性的要求非常高，特別是針對核電站的專用起重機(jī)，因?yàn)樗侵苯討覓焖踹\(yùn)的載荷。除此之外，設(shè)計時還需要設(shè)置防止鋼絲繩跳槽、疊繞、斷繩檢測裝置以及松弛檢測，如果這些故障信號被檢測到之后，則控制系統(tǒng)控制安全制動器抱閘。在反應(yīng)堆廠房內(nèi)部安裝著核電站環(huán)行起重機(jī)，由于核電站吊運(yùn)的設(shè)備都十分重要和貴重，而且由于工作場所也比較特殊，特別是在核電站運(yùn)行的過程中，吊運(yùn)或裝卸危險載荷時，其工作的定位準(zhǔn)確性、運(yùn)行穩(wěn)定性和安全可靠性都非常重要。在設(shè)計鋼絲繩纏繞系統(tǒng)，不僅需要遵循單一故障保護(hù)原則，而且還應(yīng)當(dāng)符合帶載消除吊裝盲區(qū)和吊裝工藝需求等問題。

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(yùn)行起重機(jī)不同，它的工作環(huán)境和工作場所比較特殊，而且所有環(huán)行起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)都安裝了避免鋼絲繩松弛和纏繞重疊的裝置、防淋噴水裝置、車輪軸斷裂保護(hù)裝置、抗震裝置等。比如，核電站環(huán)行起重機(jī)的吊點(diǎn)定位非常準(zhǔn)確、防震、耐噴淋水、耐壓力、耐輻射、防誤操作；另外，安全性較高，它是根據(jù)單一故障保護(hù)原則進(jìn)行設(shè)計的，以防止由于某個零部件失效而引發(fā)的載荷墜落。環(huán)行起重機(jī)是由電氣控制系統(tǒng)、抗震裝置、附屬鋼結(jié)構(gòu)、運(yùn)行小車、中央拱架、安裝小車、起重機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、橋架和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)等構(gòu)成。安裝小車和運(yùn)行小車在核電站建設(shè)安裝期間抬吊諸如壓力容器和蒸汽發(fā)生器等大件物品。而后在核電站投入發(fā)電運(yùn)行前，應(yīng)當(dāng)對安全殼做壓力試驗(yàn)和應(yīng)力試驗(yàn)，而且需要用卷揚(yáng)機(jī)取下安裝小車。最后調(diào)整因試驗(yàn)而發(fā)生變化的環(huán)行軌道承軌梁的直徑。在核電站發(fā)電運(yùn)行的過程中，安全殼待各種設(shè)備調(diào)試好之后進(jìn)行封閉。運(yùn)行小車在核電站停堆換料的過程中可進(jìn)行壓力容器頂蓋的安裝與起吊。

2 環(huán)行起重機(jī)的功能

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，而且它還可以在某個起升機(jī)構(gòu)的零部件出現(xiàn)故障的情況下，確保被吊運(yùn)的載荷不墜落，即滿足了單一故障保護(hù)原則。

2.1 運(yùn)行小車190t起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)

該系統(tǒng)的起升機(jī)構(gòu)利用的是雙減速機(jī)、四級制動、手動減速機(jī)、單電動機(jī)，它符合單項(xiàng)故障保護(hù)原則，以避免因起升機(jī)構(gòu)傳動鏈的故障引起的載荷跌落。起升機(jī)構(gòu)設(shè)置安全制動器、工作制動器和緊急制動器這三級制動器。一般情況下，制動器的工作流程為：如果緊急制動器開閘，則安全制動器要一直處于開閘狀態(tài)，工作制動器需要延時開閘；如果工作制動器上閘，而緊急制動器需要延時上閘；如果三次制動器同時上閘就可能會出現(xiàn)事故情況。

2.2 吊裝盲區(qū)的消除

消除吊點(diǎn)盲區(qū)需要環(huán)行起重機(jī)設(shè)置吊鉤橫移機(jī)構(gòu)。環(huán)行軌道和安全殼的偏差，可能引起環(huán)行軌道圓心和安全殼之間也產(chǎn)生誤差。如果吊鉤垂直主梁方向固定，由于反應(yīng)堆中心與安全殼圓心重合，此時距會產(chǎn)生吊點(diǎn)盲區(qū)，即在起重機(jī)吊鉤運(yùn)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)，設(shè)計利用主起升機(jī)構(gòu)使定滑輪組在小車架上橫向移動來調(diào)整吊鉤的橫向位置。為了降低驅(qū)動力，減小移動載荷，需要在滾動鏈上支撐起滑輪組。如果調(diào)整吊鉤的橫向位置，則需要移動整個機(jī)構(gòu)。

2.3 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

在設(shè)計旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的時候通常采用的是兩組水平導(dǎo)向輪的方案。每組導(dǎo)向輪都是由安裝支架、四個水平滾輪和之間心軸組成的。中間心軸的下端連接著安裝支架，上端固定著端梁。這些滾輪被分別安裝在環(huán)行軌道的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，它們利用水平滾輪軸和軸承在安裝支架上固定。軌道和水平滾輪中間的間隙可以通過水平滾輪軸的的偏心位置進(jìn)行調(diào)整，這樣不僅能夠避免在環(huán)吊的過程中出現(xiàn)卡規(guī)現(xiàn)象，而且還有利于安全殼中心和環(huán)吊中心的重合。

2.4 電氣系統(tǒng)

為保證電氣系統(tǒng)可以安全工作，自動定位作為環(huán)行起重機(jī)的一個特殊功能是必不可少的，自動定位即主起升吊鉤可以精確地與壓力容器中心相照應(yīng)。環(huán)行起重機(jī)在進(jìn)行調(diào)試的過程中，在被預(yù)先標(biāo)定的反應(yīng)堆中心上對準(zhǔn)放上主起升吊鉤，而后在停放小車的架橋上的小車軌道處和起重機(jī)停止的環(huán)行軌道處做定位標(biāo)記。在小車架上和橋架上安裝設(shè)置相應(yīng)的接近開關(guān)。接近開關(guān)和定位標(biāo)記在調(diào)試工作完畢后不再變動。一般自動對中可以通過司機(jī)室程序控制得以實(shí)現(xiàn)。

2.5 雙鋼絲繩交叉纏繞系統(tǒng)

所謂雙鋼絲繩交叉纏繞系統(tǒng)是把在左側(cè)卷筒上的鋼絲繩纏繞在上、下滑輪組的左側(cè)，而后利用導(dǎo)向滑輪將其纏繞到滑輪組的另一側(cè)，最終在平衡杠桿的右側(cè)被固定。右側(cè)卷筒上的鋼絲繩與左側(cè)卷筒上的鋼絲繩的纏繞方式正好相反。鋼絲繩的這種纏繞方式符合單一故障保護(hù)原則，因?yàn)樗軌蚓鶆虻胤峙漭d荷，而且可以在其中一根鋼絲繩失效時確保吊具平衡。

2.6 四級制動設(shè)計

在卷筒端部法蘭盤上安裝安全制動器，在高速軸上分別安裝一個緊急制動器和一個工作制動器。通常，投入運(yùn)行的只有緊急制動器、工作制動器和電氣自動。如果安全制動器檢測到超速、停電、傳動鏈損壞等情況時，控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)立刻控制安全制動器上閘。如果起重機(jī)構(gòu)的傳輸鏈損壞，為避免負(fù)載墜落可以采取將負(fù)載停止在20厘米的范圍內(nèi)。

2.7 安全可靠的操作模式和措施

遙控操作和控制臺操作是兩個具有安全性的操作模式，兩者互相聯(lián)鎖，但不能同時作用。為了確保環(huán)吊的正常運(yùn)作，在司機(jī)室的聯(lián)動臺上安裝了遙控操作以及控制臺操作轉(zhuǎn)換開關(guān)，便于操作位置的選取。

3 結(jié)束語

核電站環(huán)行起重機(jī)采用的關(guān)鍵技術(shù)和它的特殊性能要求，同樣可以適用于其他機(jī)械設(shè)備和起重設(shè)備。目前，以環(huán)行起重機(jī)的現(xiàn)有的功能已經(jīng)能夠滿足核電站安全有效地運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至已經(jīng)高出核電站正常運(yùn)行所要求的技術(shù)水平。雖然我國的核電技術(shù)水平已經(jīng)得到了飛速發(fā)展，但是國家引進(jìn)的3代核電對核電技術(shù)的可靠性與安全性又提出了新的、更加嚴(yán)格的要求，所以設(shè)計人員需要對核電站環(huán)行起重機(jī)進(jìn)行更加深入的攻關(guān)和研究，以滿足更加嚴(yán)格的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]高秀芬，顧翠云.水電站大型橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式和性能分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2011.

[2]張興法.起升機(jī)構(gòu)正反向接觸器故障電動機(jī)失電重物失控墜落的保護(hù)分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2009.

[3]顧翠云，高秀芬，劉煥江，等.核電站環(huán)行起重機(jī)安全保護(hù)功能分析[J].機(jī)械工程與自動化，2009.

[4]唐軍，胡曉兵，王波，等.起升機(jī)構(gòu)減速器及卷筒的優(yōu)化設(shè)計[J].機(jī)械工程師，2006.

[5]吳鳳岐.核電站核燃料運(yùn)輸起重機(jī)橋架驅(qū)動電機(jī)的同步控制[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2008.

[6]安洪松，壽魯云，張小剛，等.巴基斯坦CHASHMA核電站燃料廠房75t/5t橋式起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2008.

[7]許海濤，張濤，李忠誠，等.CPR1000堆型核電站反應(yīng)堆廠房環(huán)吊牛腿復(fù)核分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報，2010.

[8]劉義，陳國定，李濟(jì)順，等.單繩纏繞式提升機(jī)鋼絲繩動力學(xué)仿真研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2009.endprint