行车抗龙卷风锁定装置在汽轮机厂房中的应用

程昆明，郭 静

（山东核电有限公司，山东 烟台 265116）

行车抗龙卷风锁定装置在汽轮机厂房中的应用

程昆明，郭 静

（山东核电有限公司，山东 烟台 265116）

为避免对核岛安全的潜在影响，核电厂汽轮机厂房行车考虑设置抗龙卷风锁定装置。本文以山东海阳核电厂一期工程为例，论述了汽轮机厂房行车抗龙卷风锁定装置的设置方案、计算过程、主要特点、安全考虑等方面的内容。

核电；汽轮机厂房；行车；抗龙卷风；锁定装置

山东海阳核电厂一期工程2×1 250 MW级核电机组用4台汽轮机厂房行车(2台240/40 t和2台130/40 t)。每个汽轮机厂房安装1台240/40 t行车和1台130/40 t行车[1]。

根据西屋文件APP-GW-C1-001 Rev.1“土建/结构设计准则”附件A“汽轮机岛设计负荷规范”第A.2.2节“起重机负荷的描述”[2]:起重机应该考虑在龙卷风事件下处于非运行锁定在停止位置，在设计起重机梁和横向结构时，对于作用在起重机上的龙卷风负荷，应该考虑锁定装置的效果。

考虑到龙卷风作用下行车需要锁定在吊车梁上，确定设置汽轮机厂房行车抗龙卷风锁定装置。

1 方案介绍

汽轮机厂房行车抗龙卷风锁定装置的方案主要是：在大车上设置电力液压防爬器装置（见图1），在小车上设置电动锚定装置，对结构进行加固处理，对电气系统进行适应性修改，以达到抗风防滑之作用。此方案安装方便，操作简单，成本较低，而且效果显著。

2 计算验证

2.1 龙卷风相关参数

AP1000标准设计给出了龙卷风荷载的标准设计参数，但是在海阳核电厂工程的设计中所采用的参数，是根据海阳厂址设计的特定参数。龙卷风相关参数见表1。

根据这些参数可以计算得出具体风压：

（1）按GB/T 3811—2008起重设计规范计算

式中：q——风压；

v——风速。

（2）按提供风压计算

平行于屋脊风压：

垂直于屋脊风压：

由(1)、(2)可得，按风压q=4.305 6 kN/m2计算是偏于安全的。

2.2 关于130 t桥机的验证

2.2.1 已知的130 t桥机有关信息

（1）小车

1）重量：35 t（其中副小车13 t）

2）迎风面积:

垂直于屋脊：A垂=5.421 m2

平行于屋脊：A平=7.384 m2

平面面积：A小车底=28.25 m2

（2）整机

1）重量：170 t

2）迎风面积：

垂直于屋脊：A垂=99.614 m2

平行于屋脊：A平=12.487 m2

平面面积：A整机底=221.7 m2

2.2.2 校核龙卷风对行车的影响

（1）小车

1）风平行于屋脊：受力面为垂直于屋脊的小车面，且此时风向垂直于小车轨道，可得：

式中：c——风力系数；

kh——风力高度系数；

A——迎风面积。

小车车轮滑动摩擦力：

小车自重产生的摩擦力大于风力，可以抵御平行于屋脊的风压产生的力。

2）风垂直于屋脊

a.受力面为平行于屋脊的小车面，且此时风向平行于小车轨道，可得：

空载时如果小车与轨道产生的摩擦力小于风力，则小车的驱动轮产生滑动摩擦，从动轮产生滚动摩擦。通过计算可得：

F滚=0.181 tf；F滑=1.146 tf

P垂=4.28 tf>F摩=0.181+1.146=1.327 tf

所以，风力大于小车摩擦力，小车滑移。

采取措施：主梁上焊接每2 m一个锚定座，发生龙卷风时小车上的电动锚定装置工作，迅速将小车锚定在大梁上，防止小车产生滑移。

b.受力面为地面投影小车面，此时产生上浮力，可得风力:

小车自重大于风力产生的上浮力，所以不用加安全钩措施。

（2）整机

1）风垂直于屋脊

受力面为平行于屋脊的整机面，且此时风向垂直于大车轨道，可得风力：

空载时，大车车轮与轨道产生的摩擦力为滑动摩擦，计算可得：

风力小于大车的滑动摩擦，故整机在垂直于轨道方向上不滑动。

2）风平行于屋脊

受力面为垂直于屋脊的整机面，且此时风向平行于大车轨道，可得风力：

如果空载时大车与轨道产生的摩擦力小于风力，则大车的驱动轮产生滑动摩擦，从动轮产生滚动摩擦。通过计算可得：

所以，风力大于大车摩擦力，大车滑移。

采取措施：大车选用防爬器FPII-500，这相当于加了临时车挡，整机的重量就可以抵御平行于屋脊的风压产生的力。但整机可能因风力太大倾翻。计算整机的倾覆力如图2所示。

故整机自重可抵抗风力不倾翻，电动防爬器可以随时随地动作，将整机固定在轨道上。

2.3 关于240 t桥机的验证2.3.1 已知的240 t桥机有关信息

（1）小车

1）重量：50 t（其中副小车12 t）

2）迎风面积：

垂直于屋脊：A垂=5.53 m2

平行于屋脊：A平=7.65 m2

平面面积：A小车底=30.73 m2

（2）整机

1）重量：240 t

2）迎风面积：

垂直于屋脊：A垂=124.64 m2

平行于屋脊：A平=19.43 m2

平面面积：A整机底=228.43 m2

2.3.2 校核龙卷风对行车的影响

（1）小车

1）风平行于屋脊：受力面为垂直于屋脊的小车面，且此时风向垂直于小车轨道，可得：

小车车轮滑动摩擦力计算可得：

小车自重产生的摩擦力大于风力，可以防止平行于屋脊的风压产生的力。

2）风垂直于屋脊

a.受力面为平行于屋脊的小车面，且此时风向平行于小车轨道，可得：

空载时如果小车与轨道产生的摩擦力小于风力，则小车的驱动轮产生滑动摩擦，从动轮产生滚动摩擦。通过计算可得：

F滚=0.211 tf；F滑=1.274 tf

P平=4.28 tf>F摩=0.211+1.274=1.485 tf

所以，风力大于小车摩擦力，小车滑移。

采取措施：主梁上焊接每2 m一个锚定座，发生龙卷风时小车上的电动锚定装置工作，迅速将小车锚定在大梁上，防止小车产生滑移。

b.受力面为地面投影小车面，此时产生上浮力，可得风力:

小车自重大于风力产生的上浮力，所以不用加安全钩措施。

（2）整机

1）风垂直于屋脊：受力面为平行于屋脊的整机面，且此时风向垂直于大车轨道，可得风力：

空载时，大车车轮与轨道产生的摩擦力为滑动摩擦。计算可得:

风力小于大车的滑动摩擦，故整机在垂直于轨道方向上不滑动。

2）风平行于屋脊：受力面为垂直于屋脊的整机面，且此时风向平行于大车轨道，可得风力：

如果空载时大车与轨道产生的摩擦力小于风力，则大车的驱动轮产生滑动摩擦，从动轮产生滚动摩擦。通过计算可得：

F滑=9.348 tf；F滚=1.495 tf

F摩=9.348+1.495=10.843 tf

所以，风力大于大车摩擦力，大车滑移。

采取措施：大车选用防爬器FPII-630，这相当于加了临时车挡，整机的重量就可以防止平行于屋脊的风压产生的力。但整机可能因风力太大倾翻。计算整机的倾覆力如图3所示。

故整机自重可抵抗风力不倾翻，电动防爬器可以随时随地动作，将整机固定在轨道上。

防爬器和电动锚定装置均为常闭控制，防爬器的摩擦块材质要好，摩擦系数要高。

3 具体方案和主要特点

在130 t桥机中：大车轨道处共设置4个防爬器，型号为FPII-500，每边2个；小车轨道处共设置2套电动锚定装置，每边1套。

在240 t桥机中：大车轨道处共设置4个防爬器，型号为FPII-630，每边2个；小车轨道处共设置2套电动锚定装置，每边1套。

当发生龙卷风时，通过控制室的急停按钮，令大车防爬器断电，铁楔自动下放至车轮处，起到车挡作用。同时小车电动锚定装置的电液推杆失电，小车锚定杆落下插入设置在行车主梁上平面的锚定座内，防止小车沿小车轨道方向滑移。

选用的防爬器的主要特点有：

1）结构简单牢固，使用寿命长，性能稳定，维修率低。

2）选用ED型推动器采用依靠自重下放、推动器上提的设计，动作性能优良，外壳防护等级高。可设置下降延时功能，避免断电后大车对铁楔产生大的冲击。

3）主要摆动铰点均设有自润滑轴承，销轴采用不锈钢，可防止锈蚀和卡死，确保动作灵敏可靠。

4）备有手动释放功能，维护方便。

5）限位开关是机构处于提起位置的标志，可与主机行走机构进行联锁保护。

6）摩擦块经特殊工艺处理，摩擦系数高，防腐性能好。

4 设计安全考虑

1）在行车正常运行情况下，如何采取措施保证防爬器可靠上提，不会因为电气等故障造成个别防爬器的误落。

每一个防爬器上均设置有检测限位开关，检测其是否可靠上提。若检测限位开关动作，则说明防爬器处于故障状态，此时程序会自动切断大车运行。

2)当行车正常运行，大车防爬器中一个误动作，将其中一个车轮锁死时，有何措施保证其他的车轮立即制动，以避免由于其他车轮的惯性行走造成行车脱轨或其他事故的发生。

所有防爬器的检测限位开关均联锁，一旦其中任何一个防爬器以任何方式下落锁定，防爬器落下的一瞬间，检测限位开关动作，由于受联锁控制，保证大车立即切断运行动力输出，大车运行电机制动器立即制动（制动无延时），避免行车脱轨。

[1] 海阳核电一期工程汽轮机房行车和循环水泵房行车设备采购合同[R].（Procurement Contract for Overhead Crane Equipment in Turbine and CWP Buildings of Haiyang NPP Phase I [R].）

[2] 西屋设计文件APP-GW-C1-001 Rev.1土建/结构设计准则[S].（Westinghouse Design Document APPGW-C1-001 Rev.1 Civil Engineering/Structural Design Criteria [S].）

Application of Main Crane Lock Mechanism in the Turbine Building of Nuclear Power Plant

CHENG Kun-ming，GUO Jing
（Shandong Nuclear Power Co.，Ltd.，Yantai of Shandong Prov. 265116，China）

In order to avoid potential impact on safety of nuclear island side, anti-tornado lock mechanism are designed on the girder of turbine building main crane. Based on the experience of Haiyang NPP Phase I, this paper illustrates the installation plan for main crane lock mechanism of turbine building, calculation course, main characteristics and safety consideration, etc.

nuclear power；turbine building；main crane；anti-tornado；lock mechanism

TL48 Article character：A Article ID：1674-1617(2012)01-0063-05

TL48

A

1674-1617(2012)01-0063-05

2011-05-11

程昆明（1971—），男，河南新乡人，高工，硕士，从事核电站设计管理工作。