核電站用環行起重機的性能分析

龍劍+++張慶華+++張紅+++艾立軍+++何沛

摘 要：環行起重機是安裝在核電站反應堆廠房上空起吊反應堆設備的起重設備，針對核電站用環行起重機吊裝工藝和工作場所的特殊性，文章從環行起重機的結構、工作過程和功能等方面對核電站用環行起重機的性能進行了分析和介紹。

關鍵詞：環行起重機；核電站；性能分析

前言

起升機構鋼絲繩纏繞系統對安全性的要求非常高，特別是針對核電站的專用起重機，因為它是直接懸掛所吊運的載荷。除此之外，設計時還需要設置防止鋼絲繩跳槽、疊繞、斷繩檢測裝置以及松弛檢測，如果這些故障信號被檢測到之后，則控制系統控制安全制動器抱閘。在反應堆廠房內部安裝著核電站環行起重機，由于核電站吊運的設備都十分重要和貴重，而且由于工作場所也比較特殊，特別是在核電站運行的過程中，吊運或裝卸危險載荷時，其工作的定位準確性、運行穩定性和安全可靠性都非常重要。在設計鋼絲繩纏繞系統，不僅需要遵循單一故障保護原則，而且還應當符合帶載消除吊裝盲區和吊裝工藝需求等問題。

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，它的工作環境和工作場所比較特殊，而且所有環行起重機的起升機構都安裝了避免鋼絲繩松弛和纏繞重疊的裝置、防淋噴水裝置、車輪軸斷裂保護裝置、抗震裝置等。比如，核電站環行起重機的吊點定位非常準確、防震、耐噴淋水、耐壓力、耐輻射、防誤操作；另外，安全性較高，它是根據單一故障保護原則進行設計的，以防止由于某個零部件失效而引發的載荷墜落。環行起重機是由電氣控制系統、抗震裝置、附屬鋼結構、運行小車、中央拱架、安裝小車、起重機旋轉機構、橋架和旋轉導向系統等構成。安裝小車和運行小車在核電站建設安裝期間抬吊諸如壓力容器和蒸汽發生器等大件物品。而后在核電站投入發電運行前，應當對安全殼做壓力試驗和應力試驗，而且需要用卷揚機取下安裝小車。最后調整因試驗而發生變化的環行軌道承軌梁的直徑。在核電站發電運行的過程中，安全殼待各種設備調試好之后進行封閉。運行小車在核電站停堆換料的過程中可進行壓力容器頂蓋的安裝與起吊。

2 環行起重機的功能

環行起重機的功能不僅體現在它能夠進行載荷升降，而且它還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。

2.1 運行小車190t起升機構驅動系統

該系統的起升機構利用的是雙減速機、四級制動、手動減速機、單電動機，它符合單項故障保護原則，以避免因起升機構傳動鏈的故障引起的載荷跌落。起升機構設置安全制動器、工作制動器和緊急制動器這三級制動器。一般情況下，制動器的工作流程為：如果緊急制動器開閘，則安全制動器要一直處于開閘狀態，工作制動器需要延時開閘；如果工作制動器上閘，而緊急制動器需要延時上閘；如果三次制動器同時上閘就可能會出現事故情況。

2.2 吊裝盲區的消除

消除吊點盲區需要環行起重機設置吊鉤橫移機構。環行軌道和安全殼的偏差，可能引起環行軌道圓心和安全殼之間也產生誤差。如果吊鉤垂直主梁方向固定，由于反應堆中心與安全殼圓心重合，此時距會產生吊點盲區，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，設計利用主起升機構使定滑輪組在小車架上橫向移動來調整吊鉤的橫向位置。為了降低驅動力，減小移動載荷，需要在滾動鏈上支撐起滑輪組。如果調整吊鉤的橫向位置，則需要移動整個機構。

2.3 旋轉導向系統

在設計旋轉導向系統的時候通常采用的是兩組水平導向輪的方案。每組導向輪都是由安裝支架、四個水平滾輪和之間心軸組成的。中間心軸的下端連接著安裝支架，上端固定著端梁。這些滾輪被分別安裝在環行軌道的外側和內側，它們利用水平滾輪軸和軸承在安裝支架上固定。軌道和水平滾輪中間的間隙可以通過水平滾輪軸的的偏心位置進行調整，這樣不僅能夠避免在環吊的過程中出現卡規現象，而且還有利于安全殼中心和環吊中心的重合。

2.4 電氣系統

為保證電氣系統可以安全工作，自動定位作為環行起重機的一個特殊功能是必不可少的，自動定位即主起升吊鉤可以精確地與壓力容器中心相照應。環行起重機在進行調試的過程中，在被預先標定的反應堆中心上對準放上主起升吊鉤，而后在停放小車的架橋上的小車軌道處和起重機停止的環行軌道處做定位標記。在小車架上和橋架上安裝設置相應的接近開關。接近開關和定位標記在調試工作完畢后不再變動。一般自動對中可以通過司機室程序控制得以實現。

2.5 雙鋼絲繩交叉纏繞系統

所謂雙鋼絲繩交叉纏繞系統是把在左側卷筒上的鋼絲繩纏繞在上、下滑輪組的左側，而后利用導向滑輪將其纏繞到滑輪組的另一側，最終在平衡杠桿的右側被固定。右側卷筒上的鋼絲繩與左側卷筒上的鋼絲繩的纏繞方式正好相反。鋼絲繩的這種纏繞方式符合單一故障保護原則，因為它能夠均勻地分配載荷，而且可以在其中一根鋼絲繩失效時確保吊具平衡。

2.6 四級制動設計

在卷筒端部法蘭盤上安裝安全制動器，在高速軸上分別安裝一個緊急制動器和一個工作制動器。通常，投入運行的只有緊急制動器、工作制動器和電氣自動。如果安全制動器檢測到超速、停電、傳動鏈損壞等情況時，控制系統應當立刻控制安全制動器上閘。如果起重機構的傳輸鏈損壞，為避免負載墜落可以采取將負載停止在20厘米的范圍內。

2.7 安全可靠的操作模式和措施

遙控操作和控制臺操作是兩個具有安全性的操作模式，兩者互相聯鎖，但不能同時作用。為了確保環吊的正常運作，在司機室的聯動臺上安裝了遙控操作以及控制臺操作轉換開關，便于操作位置的選取。

3 結束語

核電站環行起重機采用的關鍵技術和它的特殊性能要求，同樣可以適用于其他機械設備和起重設備。目前，以環行起重機的現有的功能已經能夠滿足核電站安全有效地運轉，甚至已經高出核電站正常運行所要求的技術水平。雖然我國的核電技術水平已經得到了飛速發展，但是國家引進的3代核電對核電技術的可靠性與安全性又提出了新的、更加嚴格的要求，所以設計人員需要對核電站環行起重機進行更加深入的攻關和研究，以滿足更加嚴格的要求。

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