“華龍一號”核島主系統(tǒng)設(shè)備吊裝新工藝的應(yīng)用

張建軍

(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

2015年，“華龍一號”分別在國內(nèi)和國外某項(xiàng)目開工建設(shè)。國外某項(xiàng)目建設(shè)期間，核島主系統(tǒng)設(shè)備安裝施工中采用了開頂法施工，優(yōu)化了施工邏輯，縮短了主系統(tǒng)設(shè)備安裝工期，為后續(xù)“華龍一號”施工提供了良好實(shí)踐。2021年9月30日，中核漳州核電“華龍一號”1號機(jī)組采用相同工藝，順利完成3臺SG吊裝就位工作。

“華龍一號”機(jī)組的核島主系統(tǒng)設(shè)備及參數(shù)詳見表1。本文僅以主系統(tǒng)設(shè)備中重量最重，體形最大的SG為代表進(jìn)行吊裝工藝分析，其他主系統(tǒng)設(shè)備的吊裝與SG相比，僅是連接方式上的一些差別，吊裝工藝基本上相同。

表1 核島主系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)Table 1 Parameters of NI primary system equipment

塔類設(shè)備具有顯著的長細(xì)比，核島主系統(tǒng)設(shè)備也具有相似的的型體特征，為方便進(jìn)行吊裝工藝比較分析，本文從型體上將核島主系統(tǒng)設(shè)備歸入塔類設(shè)備。

1 CPR1000/ACP1000核島主系統(tǒng)重型設(shè)備吊裝工藝

1.1 雙機(jī)抬吊旋轉(zhuǎn)法工藝原理

CPR1000主系統(tǒng)設(shè)備吊裝前通過龍門架380 t吊車將SG從+0 m吊裝至核島+20.0 m設(shè)備平臺，牽引至核島內(nèi)。安裝時(shí)通過核島廠房頂部環(huán)吊上的217 t工作小車和190 t安裝小車并車后通過一組專用工具與SG連接。同時(shí)，在SG底部加裝一套翻轉(zhuǎn)抱箍，通過耳軸與翻轉(zhuǎn)支架形成回轉(zhuǎn)支撐，在環(huán)吊兩臺小車提升力的作用下，使設(shè)備在翻轉(zhuǎn)過程中以翻轉(zhuǎn)耳軸為中心旋轉(zhuǎn)。通過吊車提升力的作用及吊車的移動，使設(shè)備逐漸直立，直至設(shè)備垂直并脫離翻轉(zhuǎn)支架，此種吊裝方法根據(jù)其吊裝特點(diǎn)可以定義為雙機(jī)抬吊旋轉(zhuǎn)法。

1.2 工藝特點(diǎn)

設(shè)備在翻轉(zhuǎn)過程中，始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，吊具受力狀態(tài)優(yōu)于吊具固定的方式。翻轉(zhuǎn)支架受力較大，翻轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的水平力和垂直力，通過支架傳給基礎(chǔ)，對支架基礎(chǔ)樓板的承壓要求較高，要有足夠的承載能力。翻轉(zhuǎn)支架的可靠性是確保吊裝成敗的關(guān)鍵因素之一。吊裝過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

1)環(huán)吊安裝小車和工作小車起升動作必須同步；

2)設(shè)備底部翻轉(zhuǎn)抱箍上的翻轉(zhuǎn)耳軸不得懸空，整個(gè)翻轉(zhuǎn)過程中應(yīng)該始終壓在翻轉(zhuǎn)支架耳軸座內(nèi)；

3)注意設(shè)備在翻轉(zhuǎn)擺正接近90度角時(shí)，控制設(shè)備自傾旋轉(zhuǎn)。

2 “華龍一號”核島主系統(tǒng)設(shè)備開頂法施工吊裝工藝

2.1 單機(jī)旋轉(zhuǎn)法

以往受吊車起重能力的制約，一般常用吊車吊裝中小型塔類設(shè)備，而一些特大的巨型塔類設(shè)備需要使用桅桿吊裝。3 000 t級履帶吊的出現(xiàn)為“華龍一號”核島主系統(tǒng)設(shè)備吊裝新工藝的使用創(chuàng)造了條件。

國外某項(xiàng)目在核島主系統(tǒng)設(shè)備開頂法施工階段，使用利勃海爾LR13 000/3 000 t履帶吊通過專用吊具與SG連接。同時(shí)，在SG底部加裝一套J型支架，將SG平置于地面的支撐上。在利勃海爾LR13 000/3 000 t履帶吊提升力的作用下，通過J型架形成回轉(zhuǎn)支撐，使SG在翻轉(zhuǎn)過程中以J型支架圓心為中心旋轉(zhuǎn)。通過利勃海爾LR13 000/3 000 t履帶吊的起升動作和回轉(zhuǎn)/變幅動作相配合，使SG逐漸直立，當(dāng)至其自傾角臨界值時(shí)(具體根據(jù)主系統(tǒng)設(shè)備及J型架參數(shù)計(jì)算)，停止起升，履帶吊配合SG自重自傾立直落鉤及回轉(zhuǎn)，直至SG立直后拆除J型架吊裝就位。此種吊裝方法根據(jù)其吊裝特點(diǎn)可以定義為單機(jī)旋轉(zhuǎn)法。

單機(jī)旋轉(zhuǎn)法：利用吊裝機(jī)械或吊裝設(shè)施(輔吊設(shè)備)將吊裝物一端形成旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，另一端利用吊裝機(jī)械(主吊設(shè)備)吊起并使吊裝物繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。隨著吊起端的升高、旋轉(zhuǎn)。吊裝物被完全豎起，直接就位或由主吊設(shè)備獨(dú)立完成吊裝物的就位，適用于吊裝物需豎立的場合。

2.2 工藝特點(diǎn)

SG吊裝采用單機(jī)旋轉(zhuǎn)法，在翻身過程中，履帶吊和SG有兩種布置形式，不同的布置形式，履帶吊操作方式不同。

1)履帶吊同SG在同一軸線時(shí)，SG翻轉(zhuǎn)時(shí)，履帶吊邊起鉤邊變幅，隨著SG旋轉(zhuǎn)調(diào)整吊裝重心，吊裝過程需要履帶吊起升、變幅兩個(gè)動作配合，直至完全豎起。

2)履帶吊同SG垂直布置，吊鉤在提吊耳軸正上方。SG翻轉(zhuǎn)時(shí)，履帶吊邊起鉤邊回轉(zhuǎn)，同時(shí)應(yīng)配合調(diào)整變幅機(jī)構(gòu)，保證吊鉤呈鉛垂?fàn)顟B(tài)，吊裝過程需要履帶吊起升、變幅、回轉(zhuǎn)三個(gè)動作配合，直至完全豎起。

重型設(shè)備吊裝采用旋轉(zhuǎn)法，避免了動載荷，工藝更為可靠。第一種方法易操作，應(yīng)盡量采用。但兩種方式都應(yīng)關(guān)注SG在達(dá)到自動回轉(zhuǎn)角位置時(shí)的吊裝，如圖1所示。

圖1 自動回轉(zhuǎn)角Fig.1 Automatic return angle

SG在翻身回轉(zhuǎn)過程中，在SG的總重力Q，履帶吊起升回轉(zhuǎn)動作合力P和支反力T的作用下平衡。當(dāng)SG斜立至一定角度以后，其整體重心A點(diǎn)和回轉(zhuǎn)支點(diǎn)O點(diǎn)處于同一鉛錘平面內(nèi)的瞬間，即SG的總重力Q與支反力T點(diǎn)處于一個(gè)平面內(nèi)，兩力方向相反大小相等而平衡。此時(shí)SG的平衡是不穩(wěn)定的，繼而SG會因自身的重力作用繞O點(diǎn)自動回轉(zhuǎn)，發(fā)生自動回轉(zhuǎn)的角度稱為自動回轉(zhuǎn)角，也可稱為自傾角。

自動回轉(zhuǎn)角可按下式計(jì)算：

(1)

式中：α——自動回轉(zhuǎn)角，°；

a——SG重心A至回轉(zhuǎn)O間的距離，m；

R——SG中心到J型架支點(diǎn)的距離，m。

從上式可見，直徑越大，自動回轉(zhuǎn)角越小。另外，由于種種原因，理論計(jì)算的回轉(zhuǎn)角的大小，與實(shí)際的會有差異。

3 “華龍一號”SG單機(jī)旋轉(zhuǎn)法吊裝時(shí)所用設(shè)備及工具

3.1 德國利勃海爾LR13000LR13 000/3 000 t履帶吊

國外某項(xiàng)目使用德國利勃海爾LR13000LR 13 000/3 000 t履帶吊通過單機(jī)旋轉(zhuǎn)法翻轉(zhuǎn)吊裝SG，吊裝參數(shù)詳見表2。

表2 SG吊裝參數(shù)Table 2 SG lifting parameters

3.2 SG吊裝專用工具

核島主系統(tǒng)設(shè)備吊裝所用吊具，統(tǒng)稱為安裝專用工具。均委托具備相關(guān)資質(zhì)的專業(yè)公司設(shè)計(jì)制造。使用前，應(yīng)進(jìn)行載荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的承載能力，以保證其使用的安全性和可靠性。SG安裝專用工具詳見表3。

表3 SG安裝專用工具Table 3 Special tools for SG installation

3.2.1 提吊耳軸

提吊耳軸也稱為管軸式吊耳，廣泛用于塔類設(shè)備吊裝，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，鋼性好，鋼絲繩可沿吊耳軸滑移，以適應(yīng)外力方向的變化。SG在吊裝時(shí)所用的提吊耳軸是SG吊裝時(shí)的專用工具，也是主要受力點(diǎn)。

將提吊耳軸前端插入SG二次側(cè)人孔，使提吊耳軸與SG二次側(cè)人孔的端面接觸，用螺栓將提吊耳軸固定在SG二次側(cè)人孔法蘭凸臺的螺紋孔內(nèi)，按規(guī)定預(yù)緊力矩值緊固。SG提吊耳軸及雙頭螺栓擰緊順序詳見圖2。

圖2 SG提吊耳軸及雙頭螺栓擰緊順序Fig.2 SG lifting lug shaft and bolt tightening sequence

3.2.2 提升翻轉(zhuǎn)用鋼絲繩

SG專用的提升翻轉(zhuǎn)鋼絲繩也稱高性能無接頭繩圈，是通過專用的纏繞設(shè)備、經(jīng)過特殊工藝編織而成的環(huán)形索具，其特點(diǎn)為柔軟性好、強(qiáng)度高、使用方便，適用于空間有限或特大型吊裝工程。

SG吊裝過程中采用了兩根環(huán)形鋼絲繩，單根鋼絲繩受力分析如下：

P拉=(K1G)g/N=
(1.1×390.6)×9.8/4=1 052.7 kN

(2)

式中:G——SG起吊時(shí)鋼絲繩以下總重390.6 t;

N——鋼絲繩股數(shù);

K1——動載系數(shù)，取1.1;

g——重力加速度,9.8 kg/s2;

提升翻轉(zhuǎn)鋼絲繩額定起吊載荷為395 t

P額定=F額定g/N=395×9.8/2=1 935.5 kN；P拉=1 052.7 kN

3.3 翻轉(zhuǎn)支架——J型架

J型架由四個(gè)支撐柱、兩個(gè)鞍座以及J型結(jié)構(gòu)件等組成。翻轉(zhuǎn)SG時(shí)， SG本體的四個(gè)支撐面加裝保護(hù)板后與J型架支撐連接，翻轉(zhuǎn)抱箍箍緊SG，保證SG翻轉(zhuǎn)時(shí)與J型架之間不發(fā)生相對移動，以J型架圓弧部圓心作為中心翻轉(zhuǎn)。

因保護(hù)SG設(shè)備本體需要，SG與J型架之間固定采用了抱箍。抱箍呈半圓，用螺栓固定在鞍座支架上，靠抱箍與設(shè)備間的摩擦力承受載荷，為增大摩擦力在抱箍與SG接觸面之間布置了一層膠皮。連接抱箍的螺栓緊固時(shí)應(yīng)按力矩要求緊固，保證受力均勻。J型架結(jié)構(gòu)詳見圖3。

圖3 J型架Fig.3 J frame

4 “華龍一號”SG單機(jī)旋轉(zhuǎn)法吊裝施工過程

SG吊裝的主要過程為：利勃海爾LR13000/3 000 t履帶吊通過提升裝置將SG水從運(yùn)輸板車上水平吊裝至預(yù)定位置后，拆除SG后部運(yùn)輸支架，安裝J型架。

在SG的二次側(cè)人孔處安裝提吊耳軸，用銷軸將SG吊梁與履帶吊吊鉤連接，用環(huán)形吊索將提吊耳軸和SG吊梁連接。

履帶吊與專用工具全部連接完成后，應(yīng)做提吊試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，用履帶吊將SG前部緩慢地提升約150 mm。注意觀察吊梁、吊索、提吊耳軸之間的連接部位，吊索的繩箍部位，吊梁與吊車吊鉤的連接銷軸應(yīng)無竄動變位，提吊耳軸與SG二次側(cè)的連接部位，在提升過程中應(yīng)無異常響聲；觀察 J 型架有無異響，整個(gè) J 型架有無傾斜；履帶吊性能良好無異常。

確認(rèn)SG具備翻轉(zhuǎn)條件后，由起重指揮發(fā)令，操作司機(jī)通過履帶吊起升機(jī)構(gòu)和變幅/回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)交替運(yùn)行，直至把SG豎立起來。整個(gè)吊裝過程中的控制有：

(1)起吊時(shí)。起吊初始，吊裝機(jī)索具受力最大。

(2)翻身時(shí)。翻身過程中注意使起升機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)/變幅機(jī)構(gòu)動作相匹配，保持履帶吊吊鉤呈鉛錘狀態(tài)，出現(xiàn)偏差應(yīng)在允許范圍(<4°)。

1)在SG提吊耳軸上安裝回轉(zhuǎn)角度指示器，以便隨時(shí)了解SG的回轉(zhuǎn)角度，在SG自傾臨界角度時(shí)重點(diǎn)關(guān)注。

2)在吊梁端部位置安裝臨時(shí)指針，用經(jīng)緯儀監(jiān)視履帶吊吊鉤偏斜角度，以便及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

(3)立直時(shí)。立直時(shí)依靠SG自重自傾立直，在SG翻轉(zhuǎn)接近自傾角時(shí)，設(shè)備重心和回轉(zhuǎn)支點(diǎn)處于同一鉛錘線瞬間，SG的總重力與翻轉(zhuǎn)支架處的支反力大小相等方向相反而平衡。注意控制履帶吊的起升動作和變幅/回轉(zhuǎn)動作的配合，防止設(shè)備因自身的重力作用回轉(zhuǎn)。

(4)吊裝中。吊裝中現(xiàn)場施工塔吊林立、防止同周邊建筑物及塔吊碰撞。

(5)就位時(shí)。就位空間狹小，周邊設(shè)備伸出多，應(yīng)防止碰撞，盡快定位、調(diào)平、安裝垂直支撐，避免履帶吊吊載長時(shí)間懸停。

5 結(jié)論

核島主系統(tǒng)設(shè)備開頂法的應(yīng)用為核島主關(guān)鍵路徑施工優(yōu)化提供了可能，同時(shí)也給現(xiàn)場施工帶來了困難和挑戰(zhàn)。現(xiàn)場吊裝時(shí)受到眾多客觀因素的限制，在施工過程中如何設(shè)計(jì)合理的施工工藝和專用工具，是保證核島主系統(tǒng)設(shè)備安全吊裝和提高施工效率的關(guān)鍵，本文通過理論分析，數(shù)據(jù)計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，詳細(xì)論述了單機(jī)旋轉(zhuǎn)法吊裝工藝，安全高效地完成了核島主系統(tǒng)設(shè)備SG的吊裝，為今后的核島主系統(tǒng)設(shè)備安裝提供了經(jīng)驗(yàn)和借鑒。