CPR1000核电站环行起重机的性能特点

摘要：核电站环行起重机是安装在反应堆厂房上方起吊反应堆主设备的关键设备，和常规起重机相比，由于监管要求、吊装载荷和工作场所的特殊性，有其独有的性能特点。文章以阳江核电站1&2号机为例对CPR1000核电站环行起重机的结构、工作过程、控制和保护装置等方面对其性能特点进行了分析和介绍。

关键词：环行起重机；CPR1000核电站；性能特点

中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0115-02

CPR1000核电站是中国广东核电集团在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，结合20多年来的渐进式改进和自主创新形成的“二代加”百万千瓦级压水堆核电技术。它是目前国内自主化水平、安全可靠性、成熟性、经济性等各方面综合比较最佳的核电技术方案，也是目前国内在建数量最多的核电机组。

CPR1000电站核岛反应堆厂房安全壳是一个钢筋混凝土构成的两端有半圆封头的圆柱体，核岛环行起重机（下文简称环吊）安装在穹顶下面的环形轨道上，电站建设期间蒸发器、压力容器、稳压器等主设备通过环吊吊装

就位。

由于核岛环吊机主要起吊反应堆压力容器等高价值设备，其主要起升机构对安全性的要求非常高，均采用单卷筒双钢丝绳的冗余设计，同时还设置防止钢丝绳叠绕、断绳、卷筒断轴、传动链断裂、超载等保护装置，这些故障信号被检测到之后，控制系统控制制动器抱闸，确保吊装载荷安全。本文以阳江核电站1&2号环吊为例，简要分析了CPR1000核电站环行起重机的性能特点。

1 环行起重机的结构及工作过程

核电站环行起重机与一般的直线运行起重机不同，其运行在标高40.915m、直径35.4m的环形轨道上。环吊主要包括主梁、端梁、台车组、工作小车、安装小车等部分，环吊2条主梁通过高强螺栓连接副安装于2条端梁上，形成坚固的框架结构，4个台车组通过高强螺栓固定于端梁底部，每个台车组包含一台带驱动机构的主动车轮和一台从动车轮。CPR1000机组环吊配有1台217t工作小车和1台190t安装小车，安装小车在大型设备吊装完成后拆除，此外还设有10t副起升机构、5t x-y小车、6.3t自备检修拱架等

机构。

环吊大车行走轨迹是圆形，可以360°任意回转，工作小车和安装小车沿着安装在主梁上的轨道直线行走，起升机构由变频电机拖动，可以在0到转速间平稳起升。工作小车的217t主起升机构和10t副起升机构安装有平移机构，可以消除吊装盲区。当吊装蒸发器、压力容器等超过190t的大型设备时，需将安装小车和工作小车并联，通过一个操作手柄进行同步控制。

2 环行起重机的性能特点

环行起重机的功能不仅体现在它能够进行载荷升降，而且可以在某个起升机构的零部件出现故障的情况下，确保被吊运的载荷不坠落，即满足了单一故障保护原则，CPR1000核电站环吊有以下六个特点：

2.1 三套制动器的主起升机构

环吊217t主起升机构采用的是单变频电机、减速箱端部驱动、三套制动器、减速箱和卷筒通过开式齿轮啮合的形式。其三套制动器是安装在高速轴上的电磁式工作制动器和紧急制动器、安装在端部的液压安全制动器组成，其中工作制动器、紧急制动器、安全制动器能保持1.5倍额定载荷不跌落，正常工作情况下能承受1.2倍额定载荷全速冲击而保持载荷不坠落，同时设置有手动下降载荷功能，在紧急情况需要下降载荷时，可以手动打开制动器将载荷平稳落在地面。

一般情况下，制动器的工作流程为：环吊上电后液压的安全制动器开闸，起升时紧急制动器先开闸，变频器驱动电机在建立一定转矩时工作制动器开闸，载荷平稳起升；下降时变频器执行减速曲线，在电机速度降到一定值（10%～30%额定转速）时，工作制动器合闸，紧急制动器延时合闸。当出现急停开关动作、重锤开关动作、超速开关动作、环吊失电等紧急情况时，安全制动器液压站失电，安全制动器、紧急制动器、工作制动器同时动作，确保电磁制动器不可用情况下的载荷安全。

2.2 传动链断裂保护功能

环吊主要起升机构设置有传动链断裂保护功能，主要由电机轴编码器、减速器高速轴编码器、减速器低速轴编码器、卷筒轴编码器和相应PLC程序组成，PLC程序检测各编码器反馈的各轴转速，正常情况下电机转速应等于减速机高速轴转速，电机转速和减速机低速轴转速之比等于减速机减速比，减速机低速轴转速和卷筒转速之比等于大小齿轮齿数之比，当其中一个速度之比发生变化时，说明传动链中有轴断裂，PLC程序发出指令各制动器动作，以保护载荷不会跌落。

2.3 吊装盲区的消除

CPR1000机组一回路由三环路组成，反应堆压力容器严格安装于反应堆厂房的中心，在安装压力容器、堆内构件和压力容器顶盖时，环吊吊钩中心必须精确地和反应堆中心重合，否则会造成就位偏差，甚至会造成磕碰甚至堆内构件无法就位。由于安全壳为钢筋混凝土结构，并且经过预应力和压力试验后尺寸会有比较大的变化，安装在安全壳牛腿上的环吊轨道相对于反应堆中心位置也会发生偏差，远超过主设备安装要求。如果吊钩垂直主梁方向固定，环吊中心和反应堆中心的偏差会产生吊点盲区，即在起重机吊钩运行过程中不能到达的圆柱形区域。

为了确保环吊准确无误地接近反应堆压力容器的中心区域，从而消除吊装盲区，环吊217t主起升机构和10t副起升机构设置了吊钩平移机构。平移机构由电动推杆和滚轮及轨道组成，电动推杆驱动起升机构在垂直于主梁方向平移，其中10t起升机构在一个整体框架上平移，平移距离为±100mm，217t主起升机构由于整体较大，只有定滑轮可以平移，平移距离±75mm。当环吊吊装反应堆中心设备时，如吊钩和堆芯有偏差，可以通过操作平移机构进行精确对中，以确保设备精确就位。

2.4 旋转导向系统

核岛环吊和其他吊车一个重要区别是：一般吊车大车沿直线轨道行走，而环吊大车沿环形轨道旋转。CPR1000项目环吊大车有4组车轮，分别安装在桥架四角端梁底部，一组车轮有1个主动轮和1个从动轮，车轮组位于环吊旋转理论中心线上。环吊车轮采用无轮缘锥形踏面车轮，行走在矩形钢板轨道上。为了保证环吊沿着理论中心线行走而不滑向一侧，环吊4组车轮处设计有4套水平导向轮装置。

水平导向轮装置支架为矩形，其中部通过销轴固定在端梁上，下部安装有钢制滚轮，滚轮踏面和环吊轨道梁接触，支架上部通过安装有蝶形弹簧的连杆固定在端梁上，连杆上装有调整螺母。环吊安装后通过调整螺母使水平轮装置底部滚轮和轨道梁保持10mm间隙，当环吊偏离轨道中心时，水平滚轮压紧轨道梁，由于水平轮装置中部固定，由于杠杆原理其上部蝶形弹簧会产生压缩，蝶形弹簧反作用力推动环吊向轨道中心方向移动，以达到自动回正

效果。

2.5 冗余钢丝绳系统

为了保证在钢丝绳断裂的极端情况下载荷安全，环吊217t、190t、10t等主要起升机构采用冗余钢丝绳系统。所谓冗余钢丝绳系统即起升机构有2组钢丝绳，起升卷筒上有左旋绳槽和右旋绳槽两组，左旋钢丝绳安装在右旋绳槽中，穿过吊钩的1、3、5、7滑轮固定在平衡梁装置的左旋绳槽端，同样，右旋钢丝绳安装在左旋绳槽中，穿过吊钩的2、4、6、8滑轮固定在平衡梁装置的右旋绳槽端。采用冗余钢丝绳系统的起升机构在一根钢丝绳断裂时，另外一根钢丝绳仍能保持住载荷，同时能保持吊钩基本平衡。

2.6 抗震防坠落装置

根据国家监管政策的要求，核电站设计时抗震要求非常高，对于环吊的要求是在运行期间起吊额定载荷加SSE（安全停堆地震）引起的载荷下能控制并保持负载在安全位置，大车和小车应能保持在各自的轨道上，不碰撞建筑物，不掉落零部件。为了满足抗震要求，环吊大车和小车都设置有抗震防坠落装置。217t小车架底部安装有2组防震反钩，钩在主梁上盖板下缘，正常运行时有一定间隙，地震加速度将小车抛离时防震反钩能将小车固定，使其不离开小车轨道甚至掉落。环吊大车抗震防坠落装置和水平导向轮装置一体，钩在环吊轨道梁下盖板底部，地震加速度将大车抛离时能将大车固定，使其不离开大车轨道甚至

掉落。

3 结语

核电站环行起重机的特殊性能特点，适应了核电站建设和运行期间设备吊装的要求，同样可利用于有类似要求的起重机上。随着国内核电建设的稳步开展，CPR1000型核电站环行起重机应用会越来越普遍，本文内容具有一定参考价值，随着机械和电子信息科学的快速发展，环行起重机将会朝着更加可靠、精确、智能的方向发展。

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作者简介：谢永辉（1980—），男，河南郑州人，中广核工程有限公司工程师，研究方向：核电站起重设备安装调试。

（责任编辑：赵秀娟）