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        AP1000屏蔽式主泵拆裝工具研制

        2017-11-17 07:16:03鐘興華
        裝備制造技術(shù) 2017年9期
        關鍵詞:隔間興華主泵

        鐘興華,馬 莉

        (湖南中聯(lián)重科股份有限公司,湖南 長沙410025)

        AP1000屏蔽式主泵拆裝工具研制

        鐘興華,馬 莉

        (湖南中聯(lián)重科股份有限公司,湖南 長沙410025)

        從AP1000主泵的組成和安裝要求出發(fā),闡述了對應安裝工具的設計要點和邊界條件。結(jié)合AP1000主泵拆裝工具的設計方法和自身特點,并在首批主泵安裝實踐的基礎上,闡述了主泵安裝操作流程,為后續(xù)項目中主泵拆裝設備的設計提供技術(shù)參考。

        AP1000;主泵;拆裝工具;安裝

        為加速我國核電工業(yè)現(xiàn)代化進程,在較高的起點上自主創(chuàng)新,我國以三門、海陽項目為依托,引進美國AP1000第三代非能動核電技術(shù)。計劃通過引進技術(shù)的消化吸收及依托項目自主建設完成設計及關鍵設備的技術(shù)轉(zhuǎn)讓,并結(jié)合我國實際進行必要的改進,全面掌握AP1000設備設計和制造技術(shù),基本具備自主生產(chǎn)制造后續(xù)機組關鍵設備的能力[1]。

        AP1000作為世界上首次建造的堆型,一些關鍵技術(shù)還處于試驗階段。首批4臺機組采用的是美國EMD制造的屏蔽式主泵,與以往二代反應堆相比,主泵的結(jié)構(gòu)形式和安裝方式都有很大不同,維修空間狹窄需要專用的拆裝工具。國內(nèi)制造廠家缺乏此類核電專用、非標設備的制造技術(shù)和經(jīng)驗,為設備的國產(chǎn)化帶來了較大困難。本文所述主泵拆裝工具應用于AP1000三門2#機組及海陽3/4#機組核電主泵的安裝,下面對主泵安裝設備的技術(shù)特點及核島主泵安裝的流程和方法進行闡述。

        1 AP1000主泵簡介

        AP1000核電機組共4臺主泵,分別倒置安裝于RCS系統(tǒng)A、B兩個環(huán)路SG底部封頭上,對應編號為01/02A和01/02B。其中01A和01B安裝在11201隔間內(nèi),02A和02B安裝在11202隔間內(nèi),安裝標高EL84′6″~ EL107′2″[2].

        主泵由主泵可拆卸組件、吸入短管、泵殼、換熱器、螺柱、螺母、密封環(huán)和各類傳感器、檢測器等組成[2],單主泵重約83 t.葉輪和導葉等水力部件直接安裝在電機轉(zhuǎn)子的輸出軸上,中間沒有聯(lián)軸器,在主泵拆裝和檢修時隨電機模塊一起拆卸。

        從圖1可以看出,主泵直接安裝于蒸發(fā)器底部,二者共用一個支撐系統(tǒng),這樣簡化了支撐系統(tǒng),增大了下部空間,但實際運行中總有不可預見的事故發(fā)生。雖然設計上為主泵的安裝和維修留有空間,但空間狹小,現(xiàn)場操作困難[3]。

        圖1 A/B主泵安裝示意圖

        2 主泵拆裝工具設計方案

        2.1 設計方案

        主泵拆裝工具主要用于AP1000核電站SG隔間(位于CA01模塊內(nèi))內(nèi)安裝、拆卸和維護A/B主泵最大可拆卸部分,并作為一個支撐載體和運輸工具。A/B泵安裝位置如圖1所示。工具采用模塊化設計,通過結(jié)構(gòu)分析和功能分解,設計出一系列功能模塊。其中,主泵小車作為功能模塊的主體,吸入導管、主螺栓和換熱器等安裝工具配合主泵小車使用,通過模塊間的選擇和組合來滿足特定的安裝需求。

        2.2 功能原理

        主泵小車以主泵法蘭為接口,圓周4點承載,可拆分式結(jié)構(gòu)設計。具備多維的自由度調(diào)整能力,同時滿足結(jié)構(gòu)性約束條件。功能原理如圖2所示。

        圖2 主泵小車功能原理圖

        2.3 性能參數(shù)

        主泵小車的主要技術(shù)參數(shù)如表1所列。

        表1 主泵小車主要技術(shù)參數(shù)

        2.3.1 結(jié)構(gòu)組成

        主泵小車服務于CA01模塊內(nèi)4臺主泵的安裝,A/B主泵的標記如圖3所示。其中,01A與01B泵位于西SG隔間內(nèi),02A與02B泵位于東SG隔間內(nèi)。根據(jù)A/B主泵在SG隔間內(nèi)的安裝位置和空間布置差異[4],主泵小車可用一組通用零部件衍生出2種變形結(jié)構(gòu),即主泵小車A和B,對應于01/02A和01/02B泵的安裝。其中,頂環(huán)、中環(huán)和固定基座分為A、B兩種結(jié)構(gòu)形式,其余零組件通用[5]。相應的,4-P桿件單元圓周投影位置也進行了微調(diào),以滿足主泵外部接線端子箱的嵌入和蒸發(fā)器支撐間的合理間隙。主泵小車的頂升點和導向點位置布置如圖3所示。

        圖3 主泵安裝小車頂升及導向定位點布置圖

        主泵小車的中部和頂部平臺可拆分,滿足小車的“打開”和通過性要求。運用4-P功能單元串聯(lián)組合實現(xiàn)的動態(tài)支撐機構(gòu),以滿足圓周調(diào)整和主泵的水平定位要求,結(jié)構(gòu)簡單可靠。相應的,配合側(cè)向安裝加強框架結(jié)構(gòu)予以限位,保證小車承載時的側(cè)向穩(wěn)定??蚣芙Y(jié)構(gòu)可向外展開(打開角度≥5°)以滿足小車的“接泵”要求。

        中部平臺高度結(jié)合主泵及下部圓周外側(cè)接線端子箱(考慮提升高度)確定。平臺上裝有對頂推力機構(gòu),以實現(xiàn)小車圓周角度的調(diào)整要求[6]。頂部平臺裝有蝸桿頂升機構(gòu)和水平定位裝置,以實現(xiàn)主泵的X、Y向微調(diào)及垂直頂升功能[7]。主泵小車具有±0.5°內(nèi)的垂直調(diào)整能力和滿足主泵安裝需求的提升行程,并在該行程的任意位置提供可靠的支撐。主泵頂升過程中,泵殼法蘭圓周懸吊4根導向螺桿保障主泵的施工安全。

        2.3.2 電氣控制系統(tǒng)

        主泵小車可通過遠程操縱方式控制4臺伺服電機動作,具有“單獨”和“同步”操作模式可供選擇。主泵升降過程中實時監(jiān)測每臺升降機實際載荷值及伸縮量進行安全控制,具有“低位”、“高位”和過載保護功能。

        主泵安裝過程中,結(jié)合垂直度和平行度的誤差控制要求,作如下限制:

        (1)“單獨”操作模式下,當任意2點的高程差≥6.35 mm時,限制動作并聲光報警;

        (2)“同步”操作模式下,當任意2點的高程差≥1.52 mm時,限制動作并聲光報警;

        默認“同步”操作模式對應4臺伺服電機的同步動作。當用作換熱器安裝工具時,同步升降按鈕可實現(xiàn)任意選定3點的同步升降。

        頂升精度定性分析:由蝸桿升降機的提升速度N = 48 r/linch(即 25.4 mm),減速機速比 i=64,伺服電機最大轉(zhuǎn)速設定為Nmax=3 000 rpm,計算得速度為Vmax=0.41 mm/s,滿足安裝所需的精度控制要求。

        3 性能試驗

        主泵小車作為功能主體,結(jié)合其分類和使用性質(zhì),參照GB/T3811-2008《起重機設計規(guī)范》和GB/T14560-2016《履帶起重機》標準進行《出廠性能試驗》和《試驗大綱》的編制,為設備的出廠驗收提供了標準和依據(jù)。

        主泵小車及其附屬結(jié)構(gòu)分別進行(空載)功能性試驗和(1.25倍)靜載試驗及(1.1倍)動載試驗。同時,控制系統(tǒng)經(jīng)過功能測試、性能測試和可靠性測試等。動載工況分析時,將地面不平度和主泵垂直度誤差疊加考慮,與頂升載荷的2%作比較取大值確定側(cè)向載荷(其中,2%側(cè)載對應按GB/T3811設計選?。?。頂升高度按行程極限值設置,相應進行限元分析,校核主泵小車的結(jié)構(gòu)強度和側(cè)向穩(wěn)定性。

        4 結(jié)束語

        主泵安裝是核電主設備安裝的關鍵環(huán)節(jié)之一,其拆裝工具設計的合理性和可靠性對主泵安裝質(zhì)量和施工效率有直接影響。本文通過對AP1000屏蔽式主泵拆裝工具的設計特點及功能原理進行詳細闡述,明確了此類工具設計的邊界條件和要點,保障了設備國產(chǎn)化的順利展開。同時,針對屏蔽式主泵或濕繞組主泵進行改型設計和功能拓展,為后續(xù)CAP1400及CAP1700主泵拆裝工具設計提供借鑒和經(jīng)驗參考。

        [1]國家發(fā)展和改革委員會.核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005—2020)[R].北京:中國新聞網(wǎng),2007.

        [2]林誠格.非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京:原子能出版社,2008.

        [3]莊亞平.AP1000屏蔽泵的應用分析[J].電力建設,2010,30(11):98-101.

        [4]張明乾.淺談壓水堆核電站AP1000屏蔽式電動主泵[J].水泵技術(shù),2008(4):1-5.

        [5]鐘興華.核電主泵拆裝裝置:中國,ZL 201310043638.9[P].2013.

        [6]鐘興華.圓周角度調(diào)整機構(gòu):中國,ZL201320063909.2[P].2013.

        [7]鐘興華.隨動定位頂升機構(gòu):中國,ZL201320064218.4[P].2013.

        Design of AP1000 RCP Installating Tools

        ZHONG Xing-hua,MA Li
        (ZOOMLION Heavy Industry Science and Technology Co.,Ltd.,Hunan Changsha 410025,China)

        The installation format and technical requirements of main equipments were established on the basis of the function and consists of AP1000 reactor coolant pump.Combined with their own characteristics of AP1000 installation/maintenance equipments,the installation logic and sequence of reactor coolant pump are fully description hereafter.And in the practice of the first batch of AP1000 RCP,it can be used as a guideline for the installation of reactor coolant pump of the coming project.

        AP1000;reactor coolant pump;installation/maintenance equipment;installation

        TM623

        A

        1672-545X(2017)09-0072-03

        2017-06-07

        鐘興華(1981-),男,吉林雙遼人,產(chǎn)品設計主管,工學碩士,從事起重類設備方面的設計工作。

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