人員閘門通道升降底板的結構設計

趙英超 ZHAO Ying-chao；薛萬勛 XUE Wan-xun；方曉璐 FANG Xiao-lu；許桐暉 XU Tong-hui

（中國核電工程有限公司核設備所，北京 100840）

0 引言

人員閘門是核電站中安全殼壓力邊界的重要一環(huán)[1]，不僅是核電廠保持放射性物質(zhì)在安全殼內(nèi)不外泄的最后一道安全屏障，另一重要作用是核電廠在施工、冷停堆、反應堆正常運行以及熱停堆時，保障人員、小型設備通過進出安全殼[2]。因為人員閘門有運輸小型設備等物品的功能要求，又需要保證（內(nèi)）外門向堆芯側右向開啟，這就導致傳統(tǒng)固定式通道底板的門板尺寸大于門框尺寸，所以造成了人員閘門通道內(nèi)部底板高度低于門框下沿，會導致門框與底板存在75mm的高度差，難以保障物品及設備在運輸過程中的平穩(wěn)性與安全性[3-4]。為解決上述問題，本文在其它核電站的基礎上提出了一種人員閘門通道升降底板的結構設計。

1 機構總體方案設計

1.1 人員閘門結構簡圖

人員閘門結構簡圖如圖1所示，主要由1）內(nèi)門框、2）筒體、3）外門框、4）外門、5）內(nèi)門組成。

圖1 人員閘門結構簡圖

人員閘門為鋼制筒型結構貫穿安全殼，門的開啟和關閉可通過電動或手動的方式由傳動部件實現(xiàn)，門體開啟方向為面向堆芯右開，門體位于堆芯側，為了減小占用空間，提高核電廠空間占有率，選擇外門向筒體內(nèi)開啟，圖1中所示兩點劃線矩形框分別為內(nèi)門和外門開啟時的方向和位置，從而保證內(nèi)安全殼內(nèi)部為正壓時，門體處于壓緊狀態(tài)，保證內(nèi)（外）門的密封功能。

1.2 升降底板基本結構

內(nèi)門側升降底板和外門側升降底板基本結構如圖2所示，圖2中A-A和B-B為升降底板對應的剖視圖。

圖2 人員閘門通道外門側（左圖）升降底板和內(nèi)門側（右圖）升降底板基本結構

外門側升降底板主要由6）外門側電機、7）外門側中央換向器、8）外門側換向器①、9）外門側換向器②、10）外門側萬向傳動軸①、11）外門側萬向傳動軸②、12）外門側萬向傳動軸③、13）外門側萬向傳動軸④、14）外門側升降機①、15）外門側升降機②、16）外門側升降機③、17）外門側升降機④、18）外門側底板等零部件組成。因為內(nèi)門側升降底板與外門側升降底板結構完全相同，此處不再重復贅述。

1.3 主要組件描述

因為外門側升降底板和內(nèi)門側升降底板結構相同，所有組件均以外門側升降底板組件介紹。外門側升降底板除本小節(jié)所述電機、換向器、梅花聯(lián)軸器、升降機，H型鋼、覆板、角鋼等組件后續(xù)章節(jié)講解不在此部分贅述。

1.3.1 電機

電機為升降底板兩端的升降機提供動力，依據(jù)傳動計算的結論，電機理論轉(zhuǎn)速為1400轉(zhuǎn)/min?？紤]一定安全裕量，選擇電機輸出轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/min，電機功率為3kW的Y100LB3-4P三項交流電機。

設備完成并進行聯(lián)調(diào)試驗時，外門側升降底板上升時間10秒，行程76mm，下降時間10s，內(nèi)門側升降底板上升時間為13s，行程75mm，下降時間13s，可以滿足試驗要求。

1.3.2 換向器

換向器的作用是能夠在電機轉(zhuǎn)動時起到換向作用，為使電機的動力可以通過10-13）外門側萬向傳動軸①-④傳遞到位于底板四角15-18）升降機①-④上。本方案采用兩次換向，第一次電機通過EC100P03F換向器，第二次經(jīng)過兩個相同的EC80P03F換向器，實現(xiàn)扭矩的傳遞。

1.3.3 梅花聯(lián)軸器

在圖2中6）外門側電機與7）外門側中央換向器通過梅花聯(lián)軸器①連接，以及7）外門側中央換向器與8）外門側換向器①和9）外門側換向器②之間通過兩個相同的梅花聯(lián)軸器②連接，一方面可以有調(diào)節(jié)扭矩偏差的作用，另一方面又可以確定設備是否同心，便于設備的安裝與拆卸，起到保護設備的效果。

1.3.4 升降機

為實現(xiàn)底板的整體平穩(wěn)上升和下降，將外門側升降機安置在底板四周最外側部分，數(shù)量共四個，升降機型號選擇為SJ25-B-RV-C70-ULH。

1.3.5 行程開關

行程開關利用內(nèi)部元件碰撞達到控制電路的接通和閉合，從而可以控制底板的升降。為了外門側升降底板可以按照75±2mm設置的行程，實現(xiàn)上升和下降往返運動，避免升降底板行程過大與門框發(fā)生碰撞，造成門體損壞等后果。

1.3.6 相關部件校核

因為上述組件中均按照相應標準選型，且人員閘門通道升降底板部分機械聯(lián)調(diào)試驗已完成，可以保證設計的合理性與可行性。

2 升降底板工作過程分析

人員閘門通道升降底板的升降過程大致如下：

底板升降過程中，電機的動力通過中央換向器傳送到與底板兩側對稱設置的換向器①和換向器②上，再經(jīng)過萬向傳動軸①和萬向傳動軸②將換向器①的動力傳送到底板一側兩個角的升降機①和升降機③上；萬向傳動軸③和萬向傳動軸④將換向器②的動力傳送到底板另一側兩個角的升降機②和升降機④上，升降機通過絲杠控制底板完成上升和下降動作。

外門側升降底板與內(nèi)門側升降底板互不影響，可各自獨立升降，而且兩者升降過程相同，其升降高度行程設計值為75±2mm。

圖3（a）、圖3（b）、圖3（c）和圖3（d）為人員閘門通道升降底板由外門向內(nèi)門運輸物品的步驟示意圖。

圖3（a）為人員閘門初始狀態(tài)，當由外門側向內(nèi)門側運輸物品時，首先打開外門升起外門側升降底板及內(nèi)門側升降底板至與人員閘門門框下沿平齊如圖3（b）、圖3（c）所示。將運輸小車推過外門側升降底板到達內(nèi)門側升降底板上，降下外門側升降底板后關閉外門，打開內(nèi)門，將運輸小車推出人員閘門通道，降下內(nèi)門側升降底板關閉內(nèi)門，整個過程完畢。

圖3 通道升降底板運輸物品步驟示意圖

由內(nèi)門側向外門側運輸物品時，先打開內(nèi)門，升起內(nèi)門側升降底板至與人員閘門門框下沿齊平，將運輸小車運輸至內(nèi)門側升降底板上，關閉內(nèi)門，打開外門，升起外門側升降底板與內(nèi)門側升降底板平齊，將運輸小車推出人員閘門通道，降下外門側、內(nèi)門側升降底板，關閉外門，整個過程完畢。

3 人員閘門通道升降底板安裝與調(diào)試問題分析

3.1 升降底板安裝

人員閘門通道升降底板結構并不復雜，因內(nèi)門側升降底板與外門側升降底板結構相同，仍以外門側升降底板安裝過程作為介紹。外門側通道升降底板的底部由8塊長度為348mm，截面為100*100mm的H型鋼①作為圖2中豎直方向的主要支撐部件，由8塊長度為412mm，截面為100*100mm的H型鋼②作為圖2中水平方向的主要支撐部件。兩種不同的H型鋼通過焊接的形式將其固定組合在一起，將2塊完全相同的覆板平鋪在H型鋼上，覆板的長度和寬度分別為1600mm和800mm，每塊覆板上留有16個M10的孔，并結合J427HR和E4303焊條進行焊接，用實現(xiàn)覆板與H型鋼的固定與安裝。

外門側升降底板有4個升降塊，分別對應4個升降機座，分別將升降塊與機座對應安裝后放置在底板四周。相應的電機、換向器和行程開關分別有對應的機座。電機、換向器以及絲杠可以看做一個整體部件，將其最終與升降塊組合，能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動即可。因為電機安放在左側覆板的正下方，這就會使得其距離左右兩側升降底板最遠端距離不一致，又為了可以保證左右兩側的升降底板上升高度相同，在本結構中通過改變左右兩側升降塊的形狀來實現(xiàn)上升相同高度的目的?？梢韵拗粕档装逍谐痰男谐涕_關和行程開關組件，安裝在底板右側中心部分，距離底板邊緣200mm的位置。

3.2 升降底板現(xiàn)場調(diào)試及問題

3.2.1 問題分析

因為結構簡單，現(xiàn)場調(diào)試階段問題不多，僅存在一個問題。在外門側升降底板向上提升時，總是會提前結束行程，導致門框與底板存在5mm的間隙，無法保證同一高度。內(nèi)門側升降底板存在同樣的問題，不過內(nèi)門側底板會在門框距離4mm位置停止。原因分析：設計者設計經(jīng)驗不足，使得行程開關位置相對較高，會使其提前觸碰底板而結束行程，導致上述問題。解決措施：分別將外門側行程開關和支架分別下調(diào)5mm和4mm。

3.2.2 調(diào)試結果

人員閘門通道升降底板初始位置如圖4所示，初始位置低于門框，經(jīng)過向下調(diào)整行程開關的位置，從而可以實現(xiàn)通道底板在行程結束位置時與門框呈水平狀態(tài)，結束時位置如圖5所示。

圖4 升降底板初始位置

圖5 升降底板結束位置

4 結論

人員閘門一個重要作用是保障小型設備及物品進出安全殼，為避免小型設備及物品進出閘門時因升降底板與門框的高度差受到損壞。本文結合以往核電站的運行及反饋經(jīng)驗，提出一種升降底板的結構設計，能夠顯著提高物品經(jīng)過人員閘門運輸?shù)钠椒€(wěn)性與安全性。目前人員閘門通道升降底板已在昌江小堆科技示范工程等項目中應用，并已完成相關聯(lián)調(diào)試驗。