實驗艙安全門設(shè)計

甘諦

（中國原子能科學(xué)研究院，北京102413）

1 安全門功能要求

安全門的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其主要的功能是阻擋帶電粒子輻照產(chǎn)生的輻射物質(zhì)通過綜合輻照實驗艙防護墻南側(cè)門洞，防止發(fā)生輻射泄漏事故。安全門工作時狀態(tài)為常閉，當(dāng)有大件設(shè)備需要運往艙內(nèi)時，才會在人為控制下開啟。安全門的核心設(shè)備包括：（1）屏蔽輻射層：用于阻擋輻照實驗中產(chǎn)生的輻射物質(zhì)；（2）機械系統(tǒng)：實現(xiàn)安全門的開閉傳動、設(shè)備通道的搭建；（3）測控系統(tǒng)：實現(xiàn)安全門狀態(tài)的監(jiān)測與控制。

圖1 安全門總體結(jié)構(gòu)圖

2 安全門技術(shù)方案

安全門由門體組件、承重蓋板組件、防傾覆組件、卷簾式可伸縮蓋板。門體組件又分為行走組件、驅(qū)動組件和屏蔽層構(gòu)成。

2.1 門體組件設(shè)計

門體結(jié)構(gòu)為整個設(shè)計任務(wù)中的主要工作部件，其起到了輻射防護的作用，分為4 個主要部件：屏蔽層、行走組件、驅(qū)動組件和防傾覆輪組。

2.2 屏蔽層設(shè)計

安全門的核心功能是屏蔽綜合艙內(nèi)帶有輻射的粒子，保證門外輻射劑量小于2μSv/h，該功能主要由輻射屏蔽層實現(xiàn)的，考慮到現(xiàn)場吊裝條件以及運輸組裝調(diào)試的可操作性[1]，輻射屏蔽層采用分層、箱式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由4 個屏蔽箱和承重箱5 個部分構(gòu)成，各部件分別加工運輸，抵達現(xiàn)場后進行組裝。其中屏蔽箱金屬骨架為組焊件，屏蔽箱內(nèi)部通過筋板分隔形成區(qū)間，將混凝土澆筑在區(qū)間內(nèi)形成混凝土屏蔽層。

4 個屏蔽箱設(shè)計為長：4730mm；寬：850mm；高：4320mm（屏蔽箱Ⅰ：1250mm；屏蔽箱Ⅱ：1250mm；屏蔽箱Ⅲ：1250mm；屏蔽箱Ⅳ：1080mm） 壁厚為50mm，金屬屏蔽層的累積厚度為150mm，混凝土屏蔽層累計厚度為700mm，質(zhì)量為69t。在屏蔽箱左右兩側(cè)開有吊環(huán)螺釘安裝孔，當(dāng)需要對屏蔽箱進行吊裝時可將吊環(huán)螺釘安裝進安裝孔中然后吊裝整個箱體。各層屏蔽箱接觸面設(shè)計為臺階型結(jié)構(gòu)避免直通縫的存在。

2.3 驅(qū)動組件與行走組件設(shè)計

2.3.1 承重箱

承重箱設(shè)計尺寸長×寬×高為：4990mm×910mm×452mm，設(shè)計框架材料為Q235，總質(zhì)量為3t，內(nèi)部填充強度為C30 的混凝土。

承重箱的作用是作為承重結(jié)構(gòu)的同時，連接行走輪箱與上部屏蔽箱。承重箱采用組焊工藝焊接成箱，箱內(nèi)澆筑混凝土保證安全門在地面下的屏蔽能力；在承重箱底部左右兩側(cè)設(shè)有頂升塊，供安裝及維修時用以對安全門整體的頂升。承重箱與輪箱組安裝面設(shè)有通過螺釘固定的鍵，通過鍵定位實現(xiàn)與輪箱組的定位。

2.3.2 輪箱組

選用標(biāo)準(zhǔn)輪箱，單個標(biāo)準(zhǔn)承重30t，選用2 組（4 個）即可滿足承重要求。輪箱上設(shè)有控制系統(tǒng)安裝架，安裝架上安有控制限位開關(guān)，可對安全門進行定位控制；在輪箱前端設(shè)有用以保護安全門的防撞裝置與用以掃落掉在軌道上污染物的軌道刷。為方便拆卸與安裝，行走輪箱預(yù)先與輪箱安裝板進行組裝調(diào)整組成行走組件（驅(qū)動組件組成為：行走輪箱+電機+輪箱安裝板），維修時將組件整體拆卸吊裝運輸，維修完畢再將組件整體吊裝回來進行安裝。

2.3.3 防傾覆裝置導(dǎo)向輪設(shè)計

導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)屬于防傾覆結(jié)構(gòu)中的部件，通過和掛壁導(dǎo)軌相配合，防止安全門在特殊情況下向外傾倒并保證門體行走路徑的直線度，進而保障安全門和墻面的距離。

導(dǎo)向輪設(shè)計為模塊化結(jié)構(gòu)，方便拆裝，其由外部支架、輪體及配套軸承共同組成，輪部外表面為膠質(zhì)材料，緩沖因安全門可能存在的輕微晃動，減輕對掛壁導(dǎo)軌的損傷。

2.4 防傾覆裝置掛壁導(dǎo)軌設(shè)計

防傾覆裝置掛壁導(dǎo)軌設(shè)計的作用主要是防止安全門在極端情況下向外傾倒發(fā)生威脅，保障安全門和墻面的距離。其結(jié)構(gòu)主要由掛壁導(dǎo)軌、防護罩構(gòu)成。

正常工作下，安全門上導(dǎo)向輪不與導(dǎo)軌接觸或輕微接觸不受力。在突發(fā)情況下安全門傾倒時，導(dǎo)向輪和軌道相接處支撐安全門。

2.5 通道蓋板設(shè)計

其尺寸為長3500mm×寬1036mm×高938mm，主要骨架由工字鋼拼焊而成，重2t，上部安裝覆板下部安裝有行走輪。

承重蓋板組件主要功能和作用是通過掛鉤連接在門體上，當(dāng)安全門運動時會推拽帶動其運行。當(dāng)安全門開啟時，承重蓋板組件填充安全門移動后露出的地溝，使得安全門處內(nèi)外連通，形成通道，用以實現(xiàn)安全門內(nèi)外物資的相互運輸。

設(shè)備優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，強度高維修方便。

2.6 安全及警報結(jié)構(gòu)設(shè)計

安全門的限位保護分為3 個階段：一階段為停止位，接近開關(guān)碰到停止位安全門制動，至安全門停止；當(dāng)停止位控制失效即保護位開關(guān)被觸碰則進入二階段保護位電機斷電；當(dāng)一階段、二階段全部失靈則進入三階段機械限位保護，門體碰撞金屬硬限位停止。為了保障安全門運行時在其附近作業(yè)的工作人員的人身安全，設(shè)計了相關(guān)安全及警報裝置，包括在土建地坑四周設(shè)立防護欄，在安全門門洞處設(shè)置安全光幕，在安全門上放置警示標(biāo)志。當(dāng)安全門處于運動狀態(tài)時安全門警示燈閃爍，蜂鳴器報警，當(dāng)有人在安全門區(qū)域內(nèi)時，安全光幕反饋給控制系統(tǒng)控制，安全門急停[1]。

安全門各個結(jié)構(gòu)上均設(shè)有吊裝孔或吊裝螺釘安裝孔，在各部件需要運輸時將吊環(huán)螺釘安裝在部件上，通過吊裝帶同上方主吊吊鉤連接，實現(xiàn)吊裝。

3 結(jié)語

本文所設(shè)計的安全門包括屏蔽層、驅(qū)動組件和行走組件、防傾覆掛壁導(dǎo)軌、通道蓋板和安全警報組件。其中混凝土屏蔽層的厚度為700mm 金屬屏蔽層的厚度為150mm，可以實現(xiàn)對實驗艙中電離輻射的防護。安全門主體質(zhì)量為69t，驅(qū)動機構(gòu)重3t，承重蓋板重2t，總重74t，符合小于100t 的要求。安全門中部署有三重限位保護機制，可以有效保護人員免受安全門擠壓，并通過聲光報警的方式提升人員，可以保證在有足夠強的防輻射的性能的前提下實現(xiàn)盡可能地減重并保護工作人員的安全，期待能夠為我國核設(shè)施中安全門的設(shè)計提供參考。