CAP1400屏蔽主泵安裝小車研制

涂凌志， 劉光虎

（中聯(lián)恒通機(jī)械有限公司，長沙 410201）

0 引言

CAP1400機(jī)組是我國在消化、吸收、全面掌握引進(jìn)的第三代先進(jìn)核電AP1000非能動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過再創(chuàng)新開發(fā)的具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、功率更大的非能動(dòng)大型先進(jìn)壓水堆機(jī)組。CA1400示范工程的建造安裝和安全投運(yùn)，迫切需要與之相配套的安裝和檢修技術(shù)保障，圍繞這一目標(biāo)，開發(fā)研制CAP1400屏蔽主泵安裝小車（以下簡稱“安裝小車”）。安裝小車用于作為屏蔽反應(yīng)堆冷卻劑泵（以下簡稱“屏蔽主泵”）最大可拆卸部分的支撐體和運(yùn)輸工具，用于屏蔽主泵最大可拆卸部分在蒸汽發(fā)生器隔間內(nèi)的維修、安裝/拆卸和垂直、水平方向的移動(dòng)[1]。

本課題是國家科技重大專項(xiàng)“大型先進(jìn)壓水堆及高溫氣冷堆核電站”專項(xiàng)中，“CAP1000和CAP1400機(jī)組專用設(shè)備檢修技術(shù)研究”項(xiàng)目的子課題1“CAP1400屏蔽主泵安裝小車研制”，項(xiàng)目由國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司總體負(fù)責(zé)，子課題1由中聯(lián)恒通機(jī)械有限公司承擔(dān)。

與AP1000相比，屏蔽主泵質(zhì)量增加，外形尺寸加大，安裝行程加長，而安裝維修空間基本相同，因而設(shè)備的設(shè)計(jì)制造難度更大。

1 屏蔽主泵安裝技術(shù)要求

1.1 安裝小車功能要求

安裝小車的基本功能是用于作為屏蔽主泵最大可拆卸部分的支撐體和運(yùn)輸工具，用于屏蔽主泵最大可拆卸部分在蒸汽發(fā)生器隔間內(nèi)的維修、安裝/拆卸和垂直、水平方向的移動(dòng)。

主要設(shè)計(jì)要求：1）具有安裝/拆卸、支撐和保護(hù)主泵最大可拆卸部分的功能；2）最大提升載荷為120 t；3）能實(shí)現(xiàn)主泵最大可拆卸部分與泵殼間中心軸線初步對準(zhǔn)，使兩者之間X、Y方向的對準(zhǔn)偏差間距不超過6 mm；4）上部提升裝置對主泵最大可拆卸部分，具有±0.5°內(nèi)的垂直調(diào)整能力和1200 mm的提升能力，并在該行程的任一位置上提供支撐；5）上部調(diào)整裝置具有X、Y方向±8 mm內(nèi)的調(diào)整能力，以及±1.5°的周向調(diào)整能力；6）主泵安裝小車的設(shè)計(jì)應(yīng)使主泵安裝小車在組裝時(shí)使用的外部吊車數(shù)量最少；7）主泵安裝小車的設(shè)計(jì)應(yīng)使小車在蒸汽發(fā)生器隔間組裝的組件數(shù)量最少；8）主泵安裝小車應(yīng)容易組裝、拆解和維修，且所需的時(shí)間最少，應(yīng)有相應(yīng)的工具和輔助設(shè)備用于主泵安裝小車的組裝或拆解；9）主泵安裝小車應(yīng)能用于所有4臺主泵的安裝和拆卸，當(dāng)主泵安裝小車在1臺主泵拆卸或安裝時(shí)，應(yīng)不影響蒸汽發(fā)生器支撐及臨近的主泵和主管道；10）主泵安裝小車在主泵最大可拆卸部分移動(dòng)和升降過程中應(yīng)保持穩(wěn)定；11）主泵安裝小車由可拆卸的若干組件構(gòu)成，其中最大組件尺寸不超過蒸汽發(fā)生器隔間可通過截面2000 mm×1400 mm（垂直向通過截面）。

1.2 屏蔽主泵參數(shù)

屏蔽主泵中最大可拆卸部分主要由可移除組件、換熱器、泵體、吸入導(dǎo)管及換熱器支撐等組成，其中核心部件是可移除組件，重88.25 t。屏蔽主泵接口為主法蘭，共計(jì)24個(gè)法蘭孔。

屏蔽主泵可移除組件外形圖如圖1所示。

圖1 屏蔽主泵可移除組件外形圖

1.3 運(yùn)行空間

屏蔽主泵安裝在蒸汽發(fā)生器底部的泵殼下方，安裝和維修在隔間內(nèi)蒸汽發(fā)生器下方的狹小空間進(jìn)行。蒸汽發(fā)生器隔間立面圖如圖2 所示，蒸汽發(fā)生器平面圖如圖3所示。

圖2 蒸汽發(fā)生器隔間立面圖

圖3 蒸汽發(fā)生器隔間平面圖

1.4 安裝操作步驟

屏蔽主泵的安裝步驟為：1）安裝吸入導(dǎo)管；2）安裝可移除組件；3）將外部換熱器裝到可移除組件上；4）安裝設(shè)備注水，排氣和設(shè)備冷卻水（二次冷卻水）管路；5）安裝儀表；6）安裝電力電纜和永久接線盒蓋。

其中，安裝可移除組件的操作步驟為：1）組裝安裝小車，吊裝主泵至隔間，把主泵裝入安裝小車；2）安裝小車攜帶主泵移動(dòng)至泵殼下方，根據(jù)安裝位置和移動(dòng)路線的不同，分為A、B泵；3）安裝小車頂升主泵，并調(diào)整主泵姿態(tài)至與泵殼對中。

2 CAP1400屏蔽主泵安裝小車設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)組成

圖4 A泵可移除組件安裝步驟1-2

根據(jù)安裝位置、周向角度不同，屏蔽主泵分為A、B泵2種，AP1000安裝小車采用2臺不同設(shè)備分別安裝的方式[2]，CA P1400 安裝小車經(jīng)統(tǒng)型設(shè)計(jì)，安裝A/B泵可以通用。安裝小車包括主泵本體頂升裝置，吸入導(dǎo)管安裝工具，主螺栓安裝工具，換熱器安裝工具。其中主泵本體頂升裝置是核心功能部件，用于屏蔽主泵可移除組件的拆裝，其它安裝工具通過組合使用，實(shí)現(xiàn)屏蔽主泵其它可拆卸部分的拆裝。

主泵本體頂升裝置主要由頂升體、頂升驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、頂環(huán)、上立柱、中環(huán)、下立柱、底座、支撐座、側(cè)面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)、X形加強(qiáng)結(jié)構(gòu)、斜拉固定裝置、水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、圓周調(diào)整機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。

2.2 功能原理

2.2.1 小車打開

因屏蔽主泵上有不可拆分的接線盒，接線盒尺寸較大，最大尺寸為R1087.6 mm，主泵主體尺寸半徑為R807.5 mm（直徑為φ1615 mm），主螺柱法蘭面半徑為R1112.5 mm （直徑為φ2225 mm），小車需要能打開，以便主泵裝入。

小車頂環(huán)、中環(huán)均為可拆分結(jié)構(gòu)，分別由4塊圓弧組件組成；中環(huán)下部立柱上下都是鉸接結(jié)構(gòu)，裝有關(guān)節(jié)軸承，可繞鉸點(diǎn)在任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)；中環(huán)下部立柱裝有立柱固定裝置，立柱固定裝置可松開，當(dāng)擰緊固定時(shí)即可限制中環(huán)立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)；側(cè)面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)采用銷軸與固定基座連接，可繞銷軸旋轉(zhuǎn)，以便打開；側(cè)面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)下部與固定基座接觸的部位有斜面結(jié)構(gòu)。

圖5 B泵可移除組件安裝步驟1-2

圖6 A、B泵可移除組件安裝步驟3

圖7 主泵本體頂升裝置結(jié)構(gòu)組成

小車需要打開時(shí)，拆除頂環(huán)裝配和中環(huán)裝配中相應(yīng)位置的連接板和緊固件，松開下立柱固定裝置的緊固件，即可向外打開結(jié)構(gòu)，以便接收主泵。

2.2.2 底部支承

底座是整個(gè)安裝小車的承載基礎(chǔ)，下部裝有6個(gè)滾輪，用于小車在隔間內(nèi)水平移動(dòng)，并預(yù)留支座和油缸支承的布置位置。底座外形及滾輪、支座、油缸的布置等適應(yīng)隔間內(nèi)蒸汽發(fā)生器支撐柱及隔間地面臺階的影響。

小車移動(dòng)時(shí)，由滾輪支承小車。采用激光跟蹤儀檢測、跟蹤小車位置，采用絞盤拉動(dòng)移動(dòng)小車，使主泵中心軸線與蒸氣發(fā)生器下方的泵殼中心軸線初步對準(zhǔn)。受空間限制，小車移動(dòng)不帶動(dòng)力，通過手拉葫蘆驅(qū)動(dòng)，鋼絲繩滑輪系統(tǒng)傳動(dòng)，拉動(dòng)小車。

頂升主泵時(shí)，由8個(gè)支座支承小車，滾輪不接觸地面。

當(dāng)滾輪需要換向及需要轉(zhuǎn)換支承方式時(shí)，由液壓系統(tǒng)頂升并臨時(shí)支承小車。

2.2.3 主泵提升和垂直度調(diào)整

屏蔽主泵有24個(gè)法蘭孔，使用其中4個(gè)作為支撐點(diǎn)，與主泵本體頂升裝置4組頂升體相對應(yīng)。主泵本體頂升裝置有4組頂升驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，頂升驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由伺服電動(dòng)機(jī)、行星減速機(jī)、聯(lián)軸器、螺桿升降機(jī)組成。伺服電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力經(jīng)行星減速機(jī)、聯(lián)軸器傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)螺桿升降機(jī)豎直上升和下降。豎直頂升控制系統(tǒng)采用監(jiān)測控制伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)、使用激光測距傳感器檢測頂升距離和使用測力螺栓監(jiān)測頂升點(diǎn)載荷等多種方式監(jiān)控頂升狀況。

同步豎直頂升或下降時(shí)，同時(shí)控制4個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)，并根據(jù)激光測距傳感器和測力螺栓實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)，及時(shí)自動(dòng)調(diào)整伺服電動(dòng)機(jī)姿態(tài)，滿足各頂升點(diǎn)同步要求。

圖8 小車打開，準(zhǔn)備接收主泵

圖9 底部支承

圖10 主要功能原理示意圖

當(dāng)需要調(diào)整垂直度時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場觀測實(shí)際情況需求，單獨(dú)或同時(shí)控制2個(gè)或同時(shí)控制3個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)，以調(diào)整各頂升點(diǎn)高度，從而實(shí)現(xiàn)主泵垂直度調(diào)整，使得主泵安裝面與泵殼安裝面平行。同時(shí)，頂升體內(nèi)設(shè)置球面結(jié)構(gòu)，以保證與主泵接觸面有微小傾斜時(shí)，下部結(jié)構(gòu)保持豎直。

2.2.4 水平調(diào)整和圓周調(diào)整

水平調(diào)整功能由上部平臺、上支鏈和水平調(diào)整機(jī)構(gòu)共同完成。上部平臺由頂環(huán)及其以上的部分構(gòu)成，上支鏈由4組上立柱構(gòu)成，每組上立柱有2個(gè)立桿。上立柱上、下兩端設(shè)置關(guān)節(jié)軸承，設(shè)置斜拉固定裝置限制周向運(yùn)動(dòng)，上部平臺具有水平X、Y向運(yùn)動(dòng)的自由度。通過4組水平調(diào)整機(jī)構(gòu)共同作用，手動(dòng)伸縮調(diào)節(jié)螺桿，一側(cè)縮短調(diào)節(jié)螺桿，另一側(cè)伸長調(diào)節(jié)螺桿，調(diào)節(jié)螺桿推動(dòng)上部平臺平移，手動(dòng)控制調(diào)節(jié)螺桿旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，從而確定上部平臺平移距離。水平調(diào)整時(shí)，8個(gè)立桿傾斜方向和大小一致，上部平臺始終保持水平，屏蔽主泵與上部平臺無相對運(yùn)動(dòng)。

圓周調(diào)整功能由下部平臺、下支鏈和圓周調(diào)整機(jī)構(gòu)共同完成。下部平臺由中環(huán)及其以上的部分構(gòu)成，下支鏈由4組下立柱構(gòu)成，每組下立柱有1個(gè)立桿。下立柱結(jié)構(gòu)形式與上立柱類似，上、下兩端設(shè)置關(guān)節(jié)軸承，下部平臺具有繞Z軸旋轉(zhuǎn)的自由度。通過圓周調(diào)整機(jī)構(gòu)兩側(cè)的絲桿升降機(jī)共同作用，進(jìn)行圓周位置調(diào)整。圓周位置調(diào)整時(shí)，4個(gè)立桿傾斜方向和大小關(guān)于Z軸陣列對稱，下部平臺始終保持水平。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)

CAP1400 與AP1000 屏蔽主泵安裝小車的主要技術(shù)參數(shù)對比如表1所示[3]。

圖11 水平調(diào)整、圓周調(diào)整

表1 屏蔽主泵安裝小車的主要技術(shù)參數(shù)對比

2.4 電氣控制系統(tǒng)

安裝小車采用有線遙控方式操作，控制伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠升降機(jī)，設(shè)置了單動(dòng)和同步操作模式。設(shè)置了載荷檢測裝置，實(shí)時(shí)檢測升降機(jī)負(fù)載。設(shè)置了激光測距裝置，冗余檢測升降機(jī)實(shí)際升降高度。

同步操作模式程序完善，實(shí)現(xiàn)4點(diǎn)同步升降，3點(diǎn)同步垂直度調(diào)整，2點(diǎn)同步垂直度調(diào)整。在垂直度調(diào)整過程中，4點(diǎn)始終保持在同一平面，4點(diǎn)載荷亦保持穩(wěn)定無波動(dòng)。

3 性能試驗(yàn)

參考GB/T 3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合主泵安裝小車的特點(diǎn)，編制了試驗(yàn)大綱，為出廠驗(yàn)收提供標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。

主泵安裝小車進(jìn)行空載功能性試驗(yàn)，1.25倍靜載試驗(yàn)和1.1倍動(dòng)載試驗(yàn)。同時(shí)，控制系統(tǒng)經(jīng)過功能測試、性能測試和可靠性測試等。

4 結(jié)語

主泵安裝是核電動(dòng)機(jī)組設(shè)備安裝的關(guān)鍵步驟之一，其拆裝工具直接影響主泵安裝質(zhì)量和施工效率。本文闡述了CAP1400屏蔽主泵安裝小車的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及功能原理，為設(shè)備國產(chǎn)化的順利開展提供保障。同時(shí)，為后續(xù)濕繞組主泵拆裝工具和CAP1700主泵拆裝工具設(shè)計(jì)提供借鑒和經(jīng)驗(yàn)參考。