核电站用环行起重机的性能分析

龙剑+++张庆华+++张红+++艾立军+++何沛

摘 要：环行起重机是安装在核电站反应堆厂房上空起吊反应堆设备的起重设备，针对核电站用环行起重机吊装工艺和工作场所的特殊性，文章从环行起重机的结构、工作过程和功能等方面对核电站用环行起重机的性能进行了分析和介绍。

关键词：环行起重机；核电站；性能分析

前言

起升机构钢丝绳缠绕系统对安全性的要求非常高，特别是针对核电站的专用起重机，因为它是直接悬挂所吊运的载荷。除此之外，设计时还需要设置防止钢丝绳跳槽、叠绕、断绳检测装置以及松弛检测，如果这些故障信号被检测到之后，则控制系统控制安全制动器抱闸。在反应堆厂房内部安装着核电站环行起重机，由于核电站吊运的设备都十分重要和贵重，而且由于工作场所也比较特殊，特别是在核电站运行的过程中，吊运或装卸危险载荷时，其工作的定位准确性、运行稳定性和安全可靠性都非常重要。在设计钢丝绳缠绕系统，不仅需要遵循单一故障保护原则，而且还应当符合带载消除吊装盲区和吊装工艺需求等问题。

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，它的工作环境和工作场所比较特殊，而且所有环行起重机的起升机构都安装了避免钢丝绳松弛和缠绕重叠的装置、防淋喷水装置、车轮轴断裂保护装置、抗震装置等。比如，核电站环行起重机的吊点定位非常准确、防震、耐喷淋水、耐压力、耐辐射、防误操作；另外，安全性较高，它是根据单一故障保护原则进行设计的，以防止由于某个零部件失效而引发的载荷坠落。环行起重机是由电气控制系统、抗震装置、附属钢结构、运行小车、中央拱架、安装小车、起重机旋转机构、桥架和旋转导向系统等构成。安装小车和运行小车在核电站建设安装期间抬吊诸如压力容器和蒸汽发生器等大件物品。而后在核电站投入发电运行前，应当对安全壳做压力试验和应力试验，而且需要用卷扬机取下安装小车。最后调整因试验而发生变化的环行轨道承轨梁的直径。在核电站发电运行的过程中，安全壳待各种设备调试好之后进行封闭。运行小车在核电站停堆换料的过程中可进行压力容器顶盖的安装与起吊。

2 环行起重机的功能

环行起重机的功能不仅体现在它能够进行载荷升降，而且它还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。

2.1 运行小车190t起升机构驱动系统

该系统的起升机构利用的是双减速机、四级制动、手动减速机、单电动机，它符合单项故障保护原则，以避免因起升机构传动链的故障引起的载荷跌落。起升机构设置安全制动器、工作制动器和紧急制动器这三级制动器。一般情况下，制动器的工作流程为：如果紧急制动器开闸，则安全制动器要一直处于开闸状态，工作制动器需要延时开闸；如果工作制动器上闸，而紧急制动器需要延时上闸；如果三次制动器同时上闸就可能会出现事故情况。

2.2 吊装盲区的消除

消除吊点盲区需要环行起重机设置吊钩横移机构。环行轨道和安全壳的偏差，可能引起环行轨道圆心和安全壳之间也产生误差。如果吊钩垂直主梁方向固定，由于反应堆中心与安全壳圆心重合，此时距会产生吊点盲区，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，设计利用主起升机构使定滑轮组在小车架上横向移动来调整吊钩的横向位置。为了降低驱动力，减小移动载荷，需要在滚动链上支撑起滑轮组。如果调整吊钩的横向位置，则需要移动整个机构。

2.3 旋转导向系统

在设计旋转导向系统的时候通常采用的是两组水平导向轮的方案。每组导向轮都是由安装支架、四个水平滚轮和之间心轴组成的。中间心轴的下端连接着安装支架，上端固定着端梁。这些滚轮被分别安装在环行轨道的外侧和内侧，它们利用水平滚轮轴和轴承在安装支架上固定。轨道和水平滚轮中间的间隙可以通过水平滚轮轴的的偏心位置进行调整，这样不仅能够避免在环吊的过程中出现卡规现象，而且还有利于安全壳中心和环吊中心的重合。

2.4 电气系统

为保证电气系统可以安全工作，自动定位作为环行起重机的一个特殊功能是必不可少的，自动定位即主起升吊钩可以精确地与压力容器中心相照应。环行起重机在进行调试的过程中，在被预先标定的反应堆中心上对准放上主起升吊钩，而后在停放小车的架桥上的小车轨道处和起重机停止的环行轨道处做定位标记。在小车架上和桥架上安装设置相应的接近开关。接近开关和定位标记在调试工作完毕后不再变动。一般自动对中可以通过司机室程序控制得以实现。

2.5 双钢丝绳交叉缠绕系统

所谓双钢丝绳交叉缠绕系统是把在左侧卷筒上的钢丝绳缠绕在上、下滑轮组的左侧，而后利用导向滑轮将其缠绕到滑轮组的另一侧，最终在平衡杠杆的右侧被固定。右侧卷筒上的钢丝绳与左侧卷筒上的钢丝绳的缠绕方式正好相反。钢丝绳的这种缠绕方式符合单一故障保护原则，因为它能够均匀地分配载荷，而且可以在其中一根钢丝绳失效时确保吊具平衡。

2.6 四级制动设计

在卷筒端部法兰盘上安装安全制动器，在高速轴上分别安装一个紧急制动器和一个工作制动器。通常，投入运行的只有紧急制动器、工作制动器和电气自动。如果安全制动器检测到超速、停电、传动链损坏等情况时，控制系统应当立刻控制安全制动器上闸。如果起重机构的传输链损坏，为避免负载坠落可以采取将负载停止在20厘米的范围内。

2.7 安全可靠的操作模式和措施

遥控操作和控制台操作是两个具有安全性的操作模式，两者互相联锁，但不能同时作用。为了确保环吊的正常运作，在司机室的联动台上安装了遥控操作以及控制台操作转换开关，便于操作位置的选取。

3 结束语

核电站环行起重机采用的关键技术和它的特殊性能要求，同样可以适用于其他机械设备和起重设备。目前，以环行起重机的现有的功能已经能够满足核电站安全有效地运转，甚至已经高出核电站正常运行所要求的技术水平。虽然我国的核电技术水平已经得到了飞速发展，但是国家引进的3代核电对核电技术的可靠性与安全性又提出了新的、更加严格的要求，所以设计人员需要对核电站环行起重机进行更加深入的攻关和研究，以满足更加严格的要求。

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