程昆明，郭 靜

（山東核電有限公司，山東 煙臺 265116）

行車抗龍卷風(fēng)鎖定裝置在汽輪機(jī)廠房中的應(yīng)用

程昆明，郭 靜

（山東核電有限公司，山東 煙臺 265116）

為避免對核島安全的潛在影響，核電廠汽輪機(jī)廠房行車考慮設(shè)置抗龍卷風(fēng)鎖定裝置。本文以山東海陽核電廠一期工程為例，論述了汽輪機(jī)廠房行車抗龍卷風(fēng)鎖定裝置的設(shè)置方案、計算過程、主要特點、安全考慮等方面的內(nèi)容。

核電；汽輪機(jī)廠房；行車；抗龍卷風(fēng)；鎖定裝置

山東海陽核電廠一期工程2×1 250 MW級核電機(jī)組用4臺汽輪機(jī)廠房行車(2臺240/40 t和2臺130/40 t)。每個汽輪機(jī)廠房安裝1臺240/40 t行車和1臺130/40 t行車[1]。

根據(jù)西屋文件APP-GW-C1-001 Rev.1“土建/結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則”附件A“汽輪機(jī)島設(shè)計負(fù)荷規(guī)范”第A.2.2節(jié)“起重機(jī)負(fù)荷的描述”[2]:起重機(jī)應(yīng)該考慮在龍卷風(fēng)事件下處于非運(yùn)行鎖定在停止位置，在設(shè)計起重機(jī)梁和橫向結(jié)構(gòu)時，對于作用在起重機(jī)上的龍卷風(fēng)負(fù)荷，應(yīng)該考慮鎖定裝置的效果。

考慮到龍卷風(fēng)作用下行車需要鎖定在吊車梁上，確定設(shè)置汽輪機(jī)廠房行車抗龍卷風(fēng)鎖定裝置。

1 方案介紹

汽輪機(jī)廠房行車抗龍卷風(fēng)鎖定裝置的方案主要是：在大車上設(shè)置電力液壓防爬器裝置（見圖1），在小車上設(shè)置電動錨定裝置，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，對電氣系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性修改，以達(dá)到抗風(fēng)防滑之作用。此方案安裝方便，操作簡單，成本較低，而且效果顯著。

2 計算驗證

2.1 龍卷風(fēng)相關(guān)參數(shù)

AP1000標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計給出了龍卷風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計參數(shù)，但是在海陽核電廠工程的設(shè)計中所采用的參數(shù)，是根據(jù)海陽廠址設(shè)計的特定參數(shù)。龍卷風(fēng)相關(guān)參數(shù)見表1。

根據(jù)這些參數(shù)可以計算得出具體風(fēng)壓：

（1）按GB/T 3811—2008起重設(shè)計規(guī)范計算

式中：q——風(fēng)壓；

v——風(fēng)速。

（2）按提供風(fēng)壓計算

平行于屋脊風(fēng)壓：

垂直于屋脊風(fēng)壓：

由(1)、(2)可得，按風(fēng)壓q=4.305 6 kN/m2計算是偏于安全的。

2.2 關(guān)于130 t橋機(jī)的驗證

2.2.1 已知的130 t橋機(jī)有關(guān)信息

（1）小車

1）重量：35 t（其中副小車13 t）

2）迎風(fēng)面積:

垂直于屋脊：A垂=5.421 m2

平行于屋脊：A平=7.384 m2

平面面積：A小車底=28.25 m2

（2）整機(jī)

1）重量：170 t

2）迎風(fēng)面積：

垂直于屋脊：A垂=99.614 m2

平行于屋脊：A平=12.487 m2

平面面積：A整機(jī)底=221.7 m2

2.2.2 校核龍卷風(fēng)對行車的影響

（1）小車

1）風(fēng)平行于屋脊：受力面為垂直于屋脊的小車面，且此時風(fēng)向垂直于小車軌道，可得：

式中：c——風(fēng)力系數(shù)；

kh——風(fēng)力高度系數(shù)；

A——迎風(fēng)面積。

小車車輪滑動摩擦力：

小車自重產(chǎn)生的摩擦力大于風(fēng)力，可以抵御平行于屋脊的風(fēng)壓產(chǎn)生的力。

2）風(fēng)垂直于屋脊

a.受力面為平行于屋脊的小車面，且此時風(fēng)向平行于小車軌道，可得：

空載時如果小車與軌道產(chǎn)生的摩擦力小于風(fēng)力，則小車的驅(qū)動輪產(chǎn)生滑動摩擦，從動輪產(chǎn)生滾動摩擦。通過計算可得：

F滾=0.181 tf；F滑=1.146 tf

P垂=4.28 tf>F摩=0.181+1.146=1.327 tf

所以，風(fēng)力大于小車摩擦力，小車滑移。

采取措施：主梁上焊接每2 m一個錨定座，發(fā)生龍卷風(fēng)時小車上的電動錨定裝置工作，迅速將小車錨定在大梁上，防止小車產(chǎn)生滑移。

b.受力面為地面投影小車面，此時產(chǎn)生上浮力，可得風(fēng)力:

小車自重大于風(fēng)力產(chǎn)生的上浮力，所以不用加安全鉤措施。

（2）整機(jī)

1）風(fēng)垂直于屋脊

受力面為平行于屋脊的整機(jī)面，且此時風(fēng)向垂直于大車軌道，可得風(fēng)力：

空載時，大車車輪與軌道產(chǎn)生的摩擦力為滑動摩擦，計算可得：

風(fēng)力小于大車的滑動摩擦，故整機(jī)在垂直于軌道方向上不滑動。

2）風(fēng)平行于屋脊

受力面為垂直于屋脊的整機(jī)面，且此時風(fēng)向平行于大車軌道，可得風(fēng)力：

如果空載時大車與軌道產(chǎn)生的摩擦力小于風(fēng)力，則大車的驅(qū)動輪產(chǎn)生滑動摩擦，從動輪產(chǎn)生滾動摩擦。通過計算可得：

所以，風(fēng)力大于大車摩擦力，大車滑移。

采取措施：大車選用防爬器FPII-500，這相當(dāng)于加了臨時車擋，整機(jī)的重量就可以抵御平行于屋脊的風(fēng)壓產(chǎn)生的力。但整機(jī)可能因風(fēng)力太大傾翻。計算整機(jī)的傾覆力如圖2所示。

故整機(jī)自重可抵抗風(fēng)力不傾翻，電動防爬器可以隨時隨地動作，將整機(jī)固定在軌道上。

2.3 關(guān)于240 t橋機(jī)的驗證2.3.1 已知的240 t橋機(jī)有關(guān)信息

（1）小車

1）重量：50 t（其中副小車12 t）

2）迎風(fēng)面積：

垂直于屋脊：A垂=5.53 m2

平行于屋脊：A平=7.65 m2

平面面積：A小車底=30.73 m2

（2）整機(jī)

1）重量：240 t

2）迎風(fēng)面積：

垂直于屋脊：A垂=124.64 m2

平行于屋脊：A平=19.43 m2

平面面積：A整機(jī)底=228.43 m2

2.3.2 校核龍卷風(fēng)對行車的影響

（1）小車

1）風(fēng)平行于屋脊：受力面為垂直于屋脊的小車面，且此時風(fēng)向垂直于小車軌道，可得：

小車車輪滑動摩擦力計算可得：

小車自重產(chǎn)生的摩擦力大于風(fēng)力，可以防止平行于屋脊的風(fēng)壓產(chǎn)生的力。

2）風(fēng)垂直于屋脊

a.受力面為平行于屋脊的小車面，且此時風(fēng)向平行于小車軌道，可得：

空載時如果小車與軌道產(chǎn)生的摩擦力小于風(fēng)力，則小車的驅(qū)動輪產(chǎn)生滑動摩擦，從動輪產(chǎn)生滾動摩擦。通過計算可得：

F滾=0.211 tf；F滑=1.274 tf

P平=4.28 tf>F摩=0.211+1.274=1.485 tf

所以，風(fēng)力大于小車摩擦力，小車滑移。

采取措施：主梁上焊接每2 m一個錨定座，發(fā)生龍卷風(fēng)時小車上的電動錨定裝置工作，迅速將小車錨定在大梁上，防止小車產(chǎn)生滑移。

b.受力面為地面投影小車面，此時產(chǎn)生上浮力，可得風(fēng)力:

小車自重大于風(fēng)力產(chǎn)生的上浮力，所以不用加安全鉤措施。

（2）整機(jī)

1）風(fēng)垂直于屋脊：受力面為平行于屋脊的整機(jī)面，且此時風(fēng)向垂直于大車軌道，可得風(fēng)力：

空載時，大車車輪與軌道產(chǎn)生的摩擦力為滑動摩擦。計算可得:

風(fēng)力小于大車的滑動摩擦，故整機(jī)在垂直于軌道方向上不滑動。

2）風(fēng)平行于屋脊：受力面為垂直于屋脊的整機(jī)面，且此時風(fēng)向平行于大車軌道，可得風(fēng)力：

如果空載時大車與軌道產(chǎn)生的摩擦力小于風(fēng)力，則大車的驅(qū)動輪產(chǎn)生滑動摩擦，從動輪產(chǎn)生滾動摩擦。通過計算可得：

F滑=9.348 tf；F滾=1.495 tf

F摩=9.348+1.495=10.843 tf

所以，風(fēng)力大于大車摩擦力，大車滑移。

采取措施：大車選用防爬器FPII-630，這相當(dāng)于加了臨時車擋，整機(jī)的重量就可以防止平行于屋脊的風(fēng)壓產(chǎn)生的力。但整機(jī)可能因風(fēng)力太大傾翻。計算整機(jī)的傾覆力如圖3所示。

故整機(jī)自重可抵抗風(fēng)力不傾翻，電動防爬器可以隨時隨地動作，將整機(jī)固定在軌道上。

防爬器和電動錨定裝置均為常閉控制，防爬器的摩擦塊材質(zhì)要好，摩擦系數(shù)要高。

3 具體方案和主要特點

在130 t橋機(jī)中：大車軌道處共設(shè)置4個防爬器，型號為FPII-500，每邊2個；小車軌道處共設(shè)置2套電動錨定裝置，每邊1套。

在240 t橋機(jī)中：大車軌道處共設(shè)置4個防爬器，型號為FPII-630，每邊2個；小車軌道處共設(shè)置2套電動錨定裝置，每邊1套。

當(dāng)發(fā)生龍卷風(fēng)時，通過控制室的急停按鈕，令大車防爬器斷電，鐵楔自動下放至車輪處，起到車擋作用。同時小車電動錨定裝置的電液推桿失電，小車錨定桿落下插入設(shè)置在行車主梁上平面的錨定座內(nèi)，防止小車沿小車軌道方向滑移。

選用的防爬器的主要特點有：

1）結(jié)構(gòu)簡單牢固，使用壽命長，性能穩(wěn)定，維修率低。

2）選用ED型推動器采用依靠自重下放、推動器上提的設(shè)計，動作性能優(yōu)良，外殼防護(hù)等級高?？稍O(shè)置下降延時功能，避免斷電后大車對鐵楔產(chǎn)生大的沖擊。

3）主要擺動鉸點均設(shè)有自潤滑軸承，銷軸采用不銹鋼，可防止銹蝕和卡死，確保動作靈敏可靠。

4）備有手動釋放功能，維護(hù)方便。

5）限位開關(guān)是機(jī)構(gòu)處于提起位置的標(biāo)志，可與主機(jī)行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)。

6）摩擦塊經(jīng)特殊工藝處理，摩擦系數(shù)高，防腐性能好。

4 設(shè)計安全考慮

1）在行車正常運(yùn)行情況下，如何采取措施保證防爬器可靠上提，不會因為電氣等故障造成個別防爬器的誤落。

每一個防爬器上均設(shè)置有檢測限位開關(guān)，檢測其是否可靠上提。若檢測限位開關(guān)動作，則說明防爬器處于故障狀態(tài)，此時程序會自動切斷大車運(yùn)行。

2)當(dāng)行車正常運(yùn)行，大車防爬器中一個誤動作，將其中一個車輪鎖死時，有何措施保證其他的車輪立即制動，以避免由于其他車輪的慣性行走造成行車脫軌或其他事故的發(fā)生。

所有防爬器的檢測限位開關(guān)均聯(lián)鎖，一旦其中任何一個防爬器以任何方式下落鎖定，防爬器落下的一瞬間，檢測限位開關(guān)動作，由于受聯(lián)鎖控制，保證大車立即切斷運(yùn)行動力輸出，大車運(yùn)行電機(jī)制動器立即制動（制動無延時），避免行車脫軌。

[1] 海陽核電一期工程汽輪機(jī)房行車和循環(huán)水泵房行車設(shè)備采購合同[R].（Procurement Contract for Overhead Crane Equipment in Turbine and CWP Buildings of Haiyang NPP Phase I [R].）

[2] 西屋設(shè)計文件APP-GW-C1-001 Rev.1土建/結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則[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，河南新鄉(xiāng)人，高工，碩士，從事核電站設(shè)計管理工作。