馬援東，陶 楓

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

0 引言

核電站環(huán)行起重機的功能需求、參數(shù)設(shè)置和結(jié)構(gòu)型式一般隨著核電站機組類型的不同而存在較大差異。國內(nèi)正在運行的核電站以及正在建設(shè)中的核電站主要有國產(chǎn)化的CPR1000機組以及M310機組、歐洲三代EPR機組、美國三代AP1000機組、俄羅斯準(zhǔn)三代VVER機組。連云港田灣核電站1，2號機組為俄羅斯VVER機組，其環(huán)吊整機從俄羅斯進口。本文主要介紹田灣核電站1，2號機組環(huán)吊的主要功能、技術(shù)參數(shù)、關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)形式和性能特點，供起重機的設(shè)計制造人員和使用人員參考。

1 環(huán)吊的主要功能

俄羅斯VVER機組核電站廠房布置與一般核電站不同，燃料廠房位于核島廠房外，與核島廠房之間無專門的燃料運輸通道。燃料的運輸必須通過換料機、環(huán)行起重機、龍門吊、運輸小車以及專用汽車聯(lián)合工作來實現(xiàn)。新燃料進廠首先要在燃料廠房通過燃料專用吊車裝入專用吊籃，將吊籃運至專用汽車上，運輸?shù)胶藣u龍門吊下；通過龍門吊吊裝至核島運輸閘門前的運輸小車上，由運輸小車將燃料運至核島廠房內(nèi)；然后通過環(huán)吊將燃料吊籃從運輸小車上吊運到燃料水池中，再通過裝卸料機將燃料取走換料。而乏燃料的外運需要經(jīng)歷相反的過程。

VVER機組環(huán)吊需要執(zhí)行的主要功能如下：

（1）在核電站建設(shè)過程中，環(huán)吊主要用于反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆芯吊籃、保護管組件、上部組件等設(shè)備的吊運和安裝。

（2）在核電站運行過程中，環(huán)吊主要用于在停堆換料期間對壓力容器頂蓋、堆內(nèi)構(gòu)件等的吊裝、新燃料加料及放射性廢物的吊運等。

由于需要完成乏燃料容器的吊運，因此它具有一般核電站環(huán)吊和乏燃料容器吊車的雙重功能；由于需要承擔(dān)新燃料吊籃的吊裝，因此它是與核安全相關(guān)的設(shè)備；由于需要連接不同的專用起吊工具，因此主鉤吊具具有270°旋轉(zhuǎn)以及自動穿軸功能。

2 環(huán)吊的主要技術(shù)參數(shù)

（1）起重量：主起升機構(gòu)為320t／140t；副起升機構(gòu)為32t／12t。

（2）起升行程：主起升機構(gòu)為30m；副起升機構(gòu)為34m。

（3）環(huán)形軌道直徑為Φ41.5m。

（4）起升速度：①主起升機構(gòu)：帶載為0m／min～1m／min，無載為0m／min～1.65m／min；②副起升機構(gòu)為0m／min～6.2m／min。

（5）運行速度：大車回轉(zhuǎn)速度為0m／min～15m／min；小車運行速度為0m／min～15m／min；吊具回轉(zhuǎn)速度為0.05r／min；吊具移軸速度為0.19m／min。

（6）回轉(zhuǎn)角度：吊車為±360°；吊具為±270°。

3 主要結(jié)構(gòu)和性能特點

3.1 整體結(jié)構(gòu)

圖1 為VVER機組核電站環(huán)吊整體結(jié)構(gòu)示意圖，它主要由橋架、環(huán)吊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、小車、中央門架、5t電動葫蘆以及電氣控制設(shè)備等組成。電氣設(shè)備和控制裝置安裝在核島外部的電控室內(nèi)，供電電纜和控制電纜從電控室通過反應(yīng)堆廠房上的核級電氣貫穿件進入核島內(nèi)部，再由敷設(shè)在廠房內(nèi)壁上的電纜槽進入到穹頂上部的維護平臺，再從此處垂直向下進入起重機內(nèi)部。為便于設(shè)備的維修吊運，在穹頂上安裝有10t滑輪組，其卷揚機安裝在堆廳平臺上；為了方便檢修穹頂上的噴淋管道，在小車上安裝了一個液壓升降平臺，此裝置平時放置在倉庫內(nèi)，需要時通過穹頂上的10t滑輪組吊裝到小車上；司機室僅在電站建設(shè)期間臨時使用，在電站運行期間通過控制室內(nèi)的操作臺操作。

圖1 VVER機組核電站環(huán)吊整體結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 主起升機構(gòu)

主起升機構(gòu)在安裝期間需要起吊蒸汽發(fā)生器和壓力容器等重型設(shè)備，額定起重量為320t；在停堆換料期間需要起吊壓力容器頂蓋、堆芯吊籃和乏燃料容器等設(shè)備，臨界載荷起重量為140t，其設(shè)計和制造滿足俄羅斯核電站起重機相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。圖2 為主起升機構(gòu)的布置圖。

圖2 主起升機構(gòu)布置圖

兩臺內(nèi)部帶制動器的變頻電機分別通過聯(lián)軸器驅(qū)動一臺行星減速機的兩根高速軸，在減速機的低速軸上通過卷筒聯(lián)軸器驅(qū)動一個雙聯(lián)卷筒。行星減速機有兩根高速軸，一根高速軸為通過中間輪與行星包外齒圈相嚙合的小齒輪的軸，這根軸從減速機的兩側(cè)伸出，內(nèi)側(cè)通過帶制動輪的聯(lián)軸器與電動機1號相連，外側(cè)安裝有應(yīng)急手動裝置。行星減速機的另一根高速軸為行星包太陽輪軸，這根軸從減速機的外側(cè)伸出，通過帶制動輪的聯(lián)軸器與電動機2號相連。對應(yīng)于電動機2號的減速機內(nèi)側(cè)的軸為行星架的軸伸，其上安裝有安全制動器的制動輪。

該主起升機構(gòu)具有以下特點：

（1）采用雙電動機驅(qū)動。通過調(diào)整行星部分和外嚙合部分的速比配合，可以得到快、慢兩種速比。當(dāng)其中任意一臺電動機出現(xiàn)故障后，該高速軸的電動機內(nèi)部制動器與緊急制動器抱閘；另一臺電動機可以單獨運行，并保證能以1／2額定速度連續(xù)長時間工作，將吊運的設(shè)備安全平穩(wěn)地放回到指定地點，在此工況下傳動鏈中任何一個零件都不過載。采用這種方案，提高了起升機構(gòu)的安全可靠性和使用性能。

（2）起升機構(gòu)設(shè)有電機內(nèi)部制動器、緊急制動器和安全制動器。一般情況下緊急制動器滯后于電機內(nèi)部制動器上閘；安全制動器在傳動鏈出現(xiàn)事故情況下起作用，它安裝在行星減速機的行星架軸伸上，此軸所需要的制動力矩比電機軸上的力矩大一級傳動比的倍數(shù)，但遠小于卷筒上的力矩。當(dāng)減速機行星包以前的部件出現(xiàn)故障時，安全制動器上閘，保證所吊運的重物不會墜落。當(dāng)減速機行星包以后的部件出現(xiàn)故障時，安全制動器起不到安全作用，但減速機行星包以后的部件轉(zhuǎn)速較低，出現(xiàn)故障的幾率很小。

（3）具有重物調(diào)平系統(tǒng)。主起升機構(gòu)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)采用兩根鋼絲繩非交叉纏繞，滑輪的倍率為8，兩根鋼絲繩的受力通過鋼絲繩平衡杠桿達到均衡。以環(huán)吊吊裝長10.4m、重量180t的反應(yīng)堆吊籃為例，由于吊籃和吊具本身重量的不均衡，在吊裝過程中將導(dǎo)致吊籃在垂直方向上的歪斜，易造成吊籃與導(dǎo)軌的擦傷，需要通過強行調(diào)整鋼絲繩平衡杠桿的水平度來使吊籃處于垂直位置。調(diào)整驅(qū)動裝置為電動機通過帶制動輪的聯(lián)軸器驅(qū)動一個減速機，在減速機的低速軸上通過一個開式齒輪驅(qū)動鋼絲繩平衡杠桿上的扇形齒輪。

3.3 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)

環(huán)吊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)采用四角獨立驅(qū)動方式，如圖3 所示。電動機通過帶制動輪的聯(lián)軸器驅(qū)動減速機的高速軸，在減速機的低速軸上通過浮動軸驅(qū)動車輪。為保證車輪走理想的圓弧形，16個車輪安裝在旋轉(zhuǎn)圓弧的切向方向，車輪的軸線始終指向旋轉(zhuǎn)中心。

圖3 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)示意圖

由于車輪踏面為圓柱形，在環(huán)吊沿環(huán)形軌道作旋轉(zhuǎn)運動時，車輪踏面的內(nèi)側(cè)和外側(cè)所走的距離不相等，在車輪與軌道接觸處存在著滾動和滑動的疊加，可能會增加車輪的磨損。但從田灣核電站1號機組環(huán)吊使用情況來看，車輪磨損不是很明顯。這與環(huán)吊的實際工作級別低、環(huán)形軌道上表面為圓弧形、車輪與軌道之間為點接觸有關(guān)。

3.4 320t吊具

與其他核電站環(huán)吊的吊裝需求不同，俄羅斯VVER機組環(huán)吊在吊裝過程中既要求帶著重物的吊具能夠水平旋轉(zhuǎn)270°，又要求在吊叉下方帶有電動穿軸機構(gòu)，以快速穿上和卸下各種起吊工具。如圖4 所示，320t吊具主要由滑輪組、吊鉤螺母、吊鉤橫梁、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、穿軸機構(gòu)、吊叉及吊鉤組成。

由內(nèi)部帶制動器的電動機通過帶力矩限制器的聯(lián)軸器驅(qū)動蝸輪蝸桿減速機，減速機的低速軸上帶有一個小齒輪與安裝在吊叉上的大齒輪相嚙合，從而帶動吊叉旋轉(zhuǎn)。由內(nèi)部帶制動器的電動機通過聯(lián)軸器驅(qū)動蝸輪蝸桿減速機，減速機低速軸上帶有一個小鏈輪與安裝在螺桿上的大鏈輪相嚙合，大鏈輪帶動螺紋桿旋轉(zhuǎn)，螺紋桿與吊叉軸內(nèi)部的螺紋相配合，通過螺紋桿的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)吊叉軸的水平移動。

4 結(jié)論

田灣核電站1號機組環(huán)吊投用至今，經(jīng)歷了工程設(shè)備安裝及多個換料周期和大修，在吊車使用期間雖然也暴露了一些小問題，如自動定位精度以及吊具平衡性較差，但運行情況一直處于良好狀態(tài)，滿足了核電站建設(shè)期間和運行期間各種工況的使用要求。其獨特的設(shè)計和技術(shù)特點，使之成為目前核電站環(huán)吊中功能最全面的環(huán)行起重機。

圖4 320t吊具