EPR高安全起重機(jī)的技術(shù)構(gòu)架

范秋晨

【摘要】 根據(jù)我國(guó)目前的核電發(fā)展計(jì)劃，新建的核電都要運(yùn)用三代技術(shù)。EPR核電站運(yùn)用先進(jìn)的三代核電技術(shù)，能夠滿足國(guó)際用戶要求，三代技術(shù)不僅技術(shù)非常成熟，經(jīng)濟(jì)性與安全性非常好，有很大發(fā)展?jié)摿?。本文主要論述了EPR高安全起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)要求、電氣儀器控制要求、和機(jī)械技術(shù)方面要求。

【關(guān)鍵詞】EPR核電站；高安全起重機(jī)；技術(shù)分析

1引言

EPR核電站的環(huán)形起重機(jī)是核電站機(jī)組修正和工程安裝的重要設(shè)備，它常在核電站的反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)。建設(shè)核電站過(guò)程中，環(huán)形起重機(jī)安裝工作、調(diào)試工作不僅對(duì)核電站反應(yīng)堆的廠房建造具有直接影響，而且會(huì)給蒸汽發(fā)生器的安裝和壓力容器的安裝帶來(lái)一些影響，并阻礙反應(yīng)堆廠房系統(tǒng)調(diào)試及各分項(xiàng)工程的正常施工。所以，運(yùn)用環(huán)行起重機(jī)是建設(shè)核電站非常關(guān)鍵的一步。

2 EPR高安全起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)要求

EPR起重機(jī)安全要求級(jí)別有2種，即：高安全1級(jí)和2級(jí)。高安全1級(jí)的起重機(jī)都是與核安全有聯(lián)系的設(shè)備，例如：環(huán)行起重機(jī)就屬于高安全1級(jí)，它和核安全有關(guān)，因?yàn)榭紤]核安全問(wèn)題，一些起重機(jī)也被歸為高安全2級(jí)，例如：廢舊物廠房里的數(shù)控起重機(jī)或是燃料廠房的輔助起重機(jī)。高安全2級(jí)的技術(shù)比高安全1級(jí)的技術(shù)水平要低，和高安全起重機(jī)相連的電氣設(shè)備都沒(méi)有關(guān)于核安全方面的級(jí)別要求。設(shè)計(jì)高安全起重機(jī)過(guò)程中要充分考慮設(shè)備維修、拆裝時(shí)是否方便，并經(jīng)過(guò)專業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)分析測(cè)試，以確保人員人身安全，整車(chē)要盡可能的減小車(chē)輪對(duì)軌道的側(cè)向力，起重機(jī)的大小車(chē)要防止啃軌。設(shè)計(jì)臺(tái)車(chē)組、端梁和小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)過(guò)程中必須全面考慮車(chē)輪偏斜情況和對(duì)中情況。大小車(chē)機(jī)構(gòu)導(dǎo)向要選取相同側(cè)軌道，運(yùn)行機(jī)構(gòu)對(duì)速度的變化要求非常高，速度變化必須十分平穩(wěn)，全部機(jī)構(gòu)要利用變頻器進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。EPR高安全起重機(jī)運(yùn)動(dòng)地震時(shí)，起重機(jī)結(jié)構(gòu)必須能夠保持較高的完整性并確保荷載不會(huì)發(fā)生墜落，起重機(jī)要設(shè)計(jì)有應(yīng)急控制模式，當(dāng)電源突然被切斷致使機(jī)械部件或者扭矩失效時(shí)可以把荷載至于相對(duì)安全的位置。當(dāng)傳動(dòng)鏈上的制動(dòng)器、減速器、聯(lián)動(dòng)器、鋼絲繩或卷筒突然失效時(shí)，要結(jié)構(gòu)足夠完整級(jí)荷載不發(fā)生墜落。當(dāng)起重機(jī)起重量高于10噸時(shí)，起重機(jī)不能運(yùn)用單根主梁的設(shè)計(jì)方式，布置大車(chē)臺(tái)車(chē)組要確保橋梁車(chē)輪組的垂直方向載荷均勻不能運(yùn)用圓柱銷(xiāo)或是開(kāi)口銷(xiāo)，起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)不能運(yùn)用萬(wàn)向聯(lián)軸器傳輸扭矩或是力。只有滑輪輪轂軸承可以運(yùn)用有彈性的擋圈，當(dāng)有軸向載荷情況下不能運(yùn)用有彈性的擋圈。起重機(jī)要配有斷軸保護(hù)設(shè)備，進(jìn)而防止起重機(jī)的錨定、卷筒級(jí)滑輪等各零部件失效時(shí)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，斷軸保護(hù)裝置可以降低吊運(yùn)荷載安全由于零部件失效受到的影響。起重機(jī)的大小車(chē)可以一起運(yùn)行，要裝有電氣互鎖系統(tǒng)，以避免大小車(chē)起升動(dòng)作或運(yùn)行動(dòng)作一起進(jìn)行。起重機(jī)機(jī)構(gòu)釋放緊急制動(dòng)器之前必須要先監(jiān)測(cè)電機(jī)扭矩是否正常，運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)器要有電氣制動(dòng)功能。起升機(jī)構(gòu)需要裝于非懸掛式的小車(chē)上，不能運(yùn)用懸臂梁形式，運(yùn)行機(jī)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)都要設(shè)計(jì)成能夠雙方向移動(dòng)的，并且避免運(yùn)用外部齒輪傳動(dòng)裝置。

3起重機(jī)的電氣儀器控制要求

3.1元件故障安全性要求

電氣元件故障安全是元件在沒(méi)有動(dòng)力的情況下可以發(fā)揮安全停堆作用，當(dāng)系統(tǒng)部件或通道有故障出現(xiàn)時(shí)，不進(jìn)行任何操作可以讓保護(hù)系統(tǒng)功能安全。冗余結(jié)構(gòu)不能控制系統(tǒng)性的故障，只能控制隨機(jī)故障，系統(tǒng)安全和失效模式的系統(tǒng)失效有一定聯(lián)系。雖然能夠估計(jì)和系統(tǒng)失效有聯(lián)系的平均失效率，然而很難估計(jì)由共同原因失效與設(shè)計(jì)失效得出的失效分布，所以，一些特殊環(huán)境下失效概率很難確定，一定要利用最適宜技術(shù)來(lái)判斷，把共同原因失效與設(shè)計(jì)失效率將至最低，進(jìn)而提升系統(tǒng)安全性。主動(dòng)機(jī)械功能元器件和普通元器件有很大區(qū)別，可以利用起升限位開(kāi)關(guān)闡明。普通起重的起升設(shè)備限位開(kāi)關(guān)能運(yùn)用重錘類(lèi)型，而主動(dòng)機(jī)械功能限位開(kāi)關(guān)不能運(yùn)用該類(lèi)型，因?yàn)橹劐N類(lèi)型開(kāi)關(guān)不能滿足主動(dòng)機(jī)械功能要求。EPR高安全起重機(jī)運(yùn)用連桿穿過(guò)滑道和限位開(kāi)關(guān)接觸，用這種方式觸發(fā)超行程的信號(hào)，具有較高的可靠性。

3.2電氣控制系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)理念

按照高安全起重機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)要求，控制系統(tǒng)安全等級(jí)分為B級(jí)、1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)。如果電氣元件要求為3級(jí)，起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)就要運(yùn)用安全等級(jí)3級(jí)作為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，才能提升系統(tǒng)可靠性與安全性。結(jié)合高安全起重機(jī)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，高安全1級(jí)起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)安全相關(guān)功能都運(yùn)用安全3級(jí)，如果出現(xiàn)安全3級(jí)元件故障，起升機(jī)構(gòu)緊急制動(dòng)器和工作制動(dòng)器可以立刻跳閘，停止起升運(yùn)動(dòng)。

4高安全起重機(jī)的機(jī)械要求

設(shè)計(jì)高安全起重機(jī)的主體結(jié)果過(guò)程中要全面考慮當(dāng)有地震發(fā)生時(shí)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題，要使起重機(jī)對(duì)土建的力及土建對(duì)起重機(jī)的作用力將至最小，地震時(shí)可以確保起重機(jī)具有完整結(jié)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)的重要組成部分，起升機(jī)構(gòu)要滿足防單一性故障發(fā)生后的安全要求，防單一故障是某個(gè)故障出現(xiàn)后其他零部件也跟著失效，這些故障就是單一故障。防單一故障就要保證某個(gè)故障出現(xiàn)時(shí)其他零部件安全功能正常，并且能夠運(yùn)用有效方法檢測(cè)單一故障。通常情況下，高安全1級(jí)起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)有兩種形式，即：開(kāi)式傳動(dòng)鏈和閉式傳動(dòng)鏈。開(kāi)式傳動(dòng)鏈配有安全制動(dòng)器，它由單減速器、單卷筒、單電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器組成。減速器的輸入位置有緊急制動(dòng)器和工作制動(dòng)器，卷筒裝有安全制動(dòng)器的隨動(dòng)裝置，主傳動(dòng)鏈只用來(lái)驅(qū)動(dòng)荷載，安全制動(dòng)器能夠確保起升機(jī)構(gòu)安全，主傳動(dòng)鏈制動(dòng)器利用扭矩限制器現(xiàn)在傳動(dòng)鏈扭矩大小。閉式傳動(dòng)鏈由雙減速器、單卷筒、單電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器組成。各減速器都裝有緊急制動(dòng)器和工作制動(dòng)器。除電機(jī)與卷筒外，其他制動(dòng)器、聯(lián)軸器及減速器都要相互獨(dú)立，當(dāng)其中某個(gè)傳動(dòng)鏈由故障時(shí)，另個(gè)傳動(dòng)鏈保持載荷，并可以滿足起升機(jī)構(gòu)安全功能要求。高安全2級(jí)起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)由單減速器、單卷筒、單電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器組成。安全制動(dòng)器在卷筒上，工作制動(dòng)器在高速軸上，2級(jí)起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)一定要裝設(shè)安全制動(dòng)器。制動(dòng)器裝在高速軸上，具體在減速器和電機(jī)間。起升機(jī)主要零部件也有一些選型要求，卷筒組要選用鋼板卷焊接，卷筒組自身需要滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的不銹鋼材料所制成，進(jìn)行機(jī)械加工前，有軸頸或者焊接筒體的卷筒組要做熱處理。吊鉤通常選用鍛造的，當(dāng)載荷在40噸以內(nèi)時(shí)可以運(yùn)用單鉤，單鉤與雙鉤規(guī)格尺寸需要符合標(biāo)準(zhǔn)要求，吊鉤要配有防脫裝置。起升機(jī)構(gòu)里的銷(xiāo)與軸要經(jīng)過(guò)超聲波進(jìn)行檢測(cè)，銷(xiāo)與軸所有等級(jí)鋼材要進(jìn)行KV沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)合格以后才能利用，設(shè)計(jì)銷(xiāo)與軸時(shí)要注意防止集中應(yīng)力，進(jìn)而有效避免發(fā)生疲勞破壞。大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)主動(dòng)車(chē)輪組由電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要有4個(gè)車(chē)輪，2個(gè)車(chē)輪是主動(dòng)車(chē)輪，車(chē)輪組由電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元集中驅(qū)動(dòng)。大小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)都要裝配水平導(dǎo)向輪和防脫軌裝置，以免地震情況下水平導(dǎo)向輪發(fā)生失效大小車(chē)可以不脫軌。

5結(jié)束語(yǔ)

EPR高安全起重機(jī)還要考慮涂裝要求和維修便利性要求，由于起重機(jī)多在核電廠房里，所以，起重機(jī)運(yùn)用的油漆必須具有防輻射能力，且可以通過(guò)溫度強(qiáng)度測(cè)試、去污能力測(cè)試、附著力測(cè)試等。油漆涂層系統(tǒng)的特性和等級(jí)、油漆供應(yīng)商及施工工藝都要滿足核電站的專用涂裝規(guī)范要求。設(shè)計(jì)起重機(jī)時(shí)要考慮設(shè)備的檢查、調(diào)整是否方便，需要注意一些有檢測(cè)要求或校正要求的起重機(jī)要設(shè)有專門(mén)的維修通道，進(jìn)而保證人員安全到達(dá)。

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