CPR1000核電站環行起重機的性能特點

摘要：核電站環行起重機是安裝在反應堆廠房上方起吊反應堆主設備的關鍵設備，和常規起重機相比，由于監管要求、吊裝載荷和工作場所的特殊性，有其獨有的性能特點。文章以陽江核電站1&2號機為例對CPR1000核電站環行起重機的結構、工作過程、控制和保護裝置等方面對其性能特點進行了分析和介紹。

關鍵詞：環行起重機；CPR1000核電站；性能特點

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0115-02

CPR1000核電站是中國廣東核電集團在引進、消化、吸收國外先進技術的基礎上，結合20多年來的漸進式改進和自主創新形成的“二代加”百萬千瓦級壓水堆核電技術。它是目前國內自主化水平、安全可靠性、成熟性、經濟性等各方面綜合比較最佳的核電技術方案，也是目前國內在建數量最多的核電機組。

CPR1000電站核島反應堆廠房安全殼是一個鋼筋混凝土構成的兩端有半圓封頭的圓柱體，核島環行起重機（下文簡稱環吊）安裝在穹頂下面的環形軌道上，電站建設期間蒸發器、壓力容器、穩壓器等主設備通過環吊吊裝

就位。

由于核島環吊機主要起吊反應堆壓力容器等高價值設備，其主要起升機構對安全性的要求非常高，均采用單卷筒雙鋼絲繩的冗余設計，同時還設置防止鋼絲繩疊繞、斷繩、卷筒斷軸、傳動鏈斷裂、超載等保護裝置，這些故障信號被檢測到之后，控制系統控制制動器抱閘，確保吊裝載荷安全。本文以陽江核電站1&2號環吊為例，簡要分析了CPR1000核電站環行起重機的性能特點。

1 環行起重機的結構及工作過程

核電站環行起重機與一般的直線運行起重機不同，其運行在標高40.915m、直徑35.4m的環形軌道上。環吊主要包括主梁、端梁、臺車組、工作小車、安裝小車等部分，環吊2條主梁通過高強螺栓連接副安裝于2條端梁上，形成堅固的框架結構，4個臺車組通過高強螺栓固定于端梁底部，每個臺車組包含一臺帶驅動機構的主動車輪和一臺從動車輪。CPR1000機組環吊配有1臺217t工作小車和1臺190t安裝小車，安裝小車在大型設備吊裝完成后拆除，此外還設有10t副起升機構、5t x-y小車、6.3t自備檢修拱架等

機構。

環吊大車行走軌跡是圓形，可以360°任意回轉，工作小車和安裝小車沿著安裝在主梁上的軌道直線行走，起升機構由變頻電機拖動，可以在0到轉速間平穩起升。工作小車的217t主起升機構和10t副起升機構安裝有平移機構，可以消除吊裝盲區。當吊裝蒸發器、壓力容器等超過190t的大型設備時，需將安裝小車和工作小車并聯，通過一個操作手柄進行同步控制。

2 環行起重機的性能特點

環行起重機的功能不僅體現在它能夠進行載荷升降，而且可以在某個起升機構的零部件出現故障的情況下，確保被吊運的載荷不墜落，即滿足了單一故障保護原則，CPR1000核電站環吊有以下六個特點：

2.1 三套制動器的主起升機構

環吊217t主起升機構采用的是單變頻電機、減速箱端部驅動、三套制動器、減速箱和卷筒通過開式齒輪嚙合的形式。其三套制動器是安裝在高速軸上的電磁式工作制動器和緊急制動器、安裝在端部的液壓安全制動器組成，其中工作制動器、緊急制動器、安全制動器能保持1.5倍額定載荷不跌落，正常工作情況下能承受1.2倍額定載荷全速沖擊而保持載荷不墜落，同時設置有手動下降載荷功能，在緊急情況需要下降載荷時，可以手動打開制動器將載荷平穩落在地面。

一般情況下，制動器的工作流程為：環吊上電后液壓的安全制動器開閘，起升時緊急制動器先開閘，變頻器驅動電機在建立一定轉矩時工作制動器開閘，載荷平穩起升；下降時變頻器執行減速曲線，在電機速度降到一定值（10%～30%額定轉速）時，工作制動器合閘，緊急制動器延時合閘。當出現急停開關動作、重錘開關動作、超速開關動作、環吊失電等緊急情況時，安全制動器液壓站失電，安全制動器、緊急制動器、工作制動器同時動作，確保電磁制動器不可用情況下的載荷安全。

2.2 傳動鏈斷裂保護功能

環吊主要起升機構設置有傳動鏈斷裂保護功能，主要由電機軸編碼器、減速器高速軸編碼器、減速器低速軸編碼器、卷筒軸編碼器和相應PLC程序組成，PLC程序檢測各編碼器反饋的各軸轉速，正常情況下電機轉速應等于減速機高速軸轉速，電機轉速和減速機低速軸轉速之比等于減速機減速比，減速機低速軸轉速和卷筒轉速之比等于大小齒輪齒數之比，當其中一個速度之比發生變化時，說明傳動鏈中有軸斷裂，PLC程序發出指令各制動器動作，以保護載荷不會跌落。

2.3 吊裝盲區的消除

CPR1000機組一回路由三環路組成，反應堆壓力容器嚴格安裝于反應堆廠房的中心，在安裝壓力容器、堆內構件和壓力容器頂蓋時，環吊吊鉤中心必須精確地和反應堆中心重合，否則會造成就位偏差，甚至會造成磕碰甚至堆內構件無法就位。由于安全殼為鋼筋混凝土結構，并且經過預應力和壓力試驗后尺寸會有比較大的變化，安裝在安全殼牛腿上的環吊軌道相對于反應堆中心位置也會發生偏差，遠超過主設備安裝要求。如果吊鉤垂直主梁方向固定，環吊中心和反應堆中心的偏差會產生吊點盲區，即在起重機吊鉤運行過程中不能到達的圓柱形區域。

為了確保環吊準確無誤地接近反應堆壓力容器的中心區域，從而消除吊裝盲區，環吊217t主起升機構和10t副起升機構設置了吊鉤平移機構。平移機構由電動推桿和滾輪及軌道組成，電動推桿驅動起升機構在垂直于主梁方向平移，其中10t起升機構在一個整體框架上平移，平移距離為±100mm，217t主起升機構由于整體較大，只有定滑輪可以平移，平移距離±75mm。當環吊吊裝反應堆中心設備時，如吊鉤和堆芯有偏差，可以通過操作平移機構進行精確對中，以確保設備精確就位。

2.4 旋轉導向系統

核島環吊和其他吊車一個重要區別是：一般吊車大車沿直線軌道行走，而環吊大車沿環形軌道旋轉。CPR1000項目環吊大車有4組車輪，分別安裝在橋架四角端梁底部，一組車輪有1個主動輪和1個從動輪，車輪組位于環吊旋轉理論中心線上。環吊車輪采用無輪緣錐形踏面車輪，行走在矩形鋼板軌道上。為了保證環吊沿著理論中心線行走而不滑向一側，環吊4組車輪處設計有4套水平導向輪裝置。

水平導向輪裝置支架為矩形，其中部通過銷軸固定在端梁上，下部安裝有鋼制滾輪，滾輪踏面和環吊軌道梁接觸，支架上部通過安裝有蝶形彈簧的連桿固定在端梁上，連桿上裝有調整螺母。環吊安裝后通過調整螺母使水平輪裝置底部滾輪和軌道梁保持10mm間隙，當環吊偏離軌道中心時，水平滾輪壓緊軌道梁，由于水平輪裝置中部固定，由于杠桿原理其上部蝶形彈簧會產生壓縮，蝶形彈簧反作用力推動環吊向軌道中心方向移動，以達到自動回正

效果。

2.5 冗余鋼絲繩系統

為了保證在鋼絲繩斷裂的極端情況下載荷安全，環吊217t、190t、10t等主要起升機構采用冗余鋼絲繩系統。所謂冗余鋼絲繩系統即起升機構有2組鋼絲繩，起升卷筒上有左旋繩槽和右旋繩槽兩組，左旋鋼絲繩安裝在右旋繩槽中，穿過吊鉤的1、3、5、7滑輪固定在平衡梁裝置的左旋繩槽端，同樣，右旋鋼絲繩安裝在左旋繩槽中，穿過吊鉤的2、4、6、8滑輪固定在平衡梁裝置的右旋繩槽端。采用冗余鋼絲繩系統的起升機構在一根鋼絲繩斷裂時，另外一根鋼絲繩仍能保持住載荷，同時能保持吊鉤基本平衡。

2.6 抗震防墜落裝置

根據國家監管政策的要求，核電站設計時抗震要求非常高，對于環吊的要求是在運行期間起吊額定載荷加SSE（安全停堆地震）引起的載荷下能控制并保持負載在安全位置，大車和小車應能保持在各自的軌道上，不碰撞建筑物，不掉落零部件。為了滿足抗震要求，環吊大車和小車都設置有抗震防墜落裝置。217t小車架底部安裝有2組防震反鉤，鉤在主梁上蓋板下緣，正常運行時有一定間隙，地震加速度將小車拋離時防震反鉤能將小車固定，使其不離開小車軌道甚至掉落。環吊大車抗震防墜落裝置和水平導向輪裝置一體，鉤在環吊軌道梁下蓋板底部，地震加速度將大車拋離時能將大車固定，使其不離開大車軌道甚至

掉落。

3 結語

核電站環行起重機的特殊性能特點，適應了核電站建設和運行期間設備吊裝的要求，同樣可利用于有類似要求的起重機上。隨著國內核電建設的穩步開展，CPR1000型核電站環行起重機應用會越來越普遍，本文內容具有一定參考價值，隨著機械和電子信息科學的快速發展，環行起重機將會朝著更加可靠、精確、智能的方向發展。

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作者簡介：謝永輝（1980—），男，河南鄭州人，中廣核工程有限公司工程師，研究方向：核電站起重設備安裝調試。

（責任編輯：趙秀娟）