甘諦

（中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京102413）

1 安全門功能要求

安全門的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其主要的功能是阻擋帶電粒子輻照產(chǎn)生的輻射物質(zhì)通過綜合輻照實(shí)驗(yàn)艙防護(hù)墻南側(cè)門洞，防止發(fā)生輻射泄漏事故。安全門工作時(shí)狀態(tài)為常閉，當(dāng)有大件設(shè)備需要運(yùn)往艙內(nèi)時(shí)，才會(huì)在人為控制下開啟。安全門的核心設(shè)備包括：（1）屏蔽輻射層：用于阻擋輻照實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的輻射物質(zhì)；（2）機(jī)械系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)安全門的開閉傳動(dòng)、設(shè)備通道的搭建；（3）測(cè)控系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)安全門狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制。

圖1 安全門總體結(jié)構(gòu)圖

2 安全門技術(shù)方案

安全門由門體組件、承重蓋板組件、防傾覆組件、卷簾式可伸縮蓋板。門體組件又分為行走組件、驅(qū)動(dòng)組件和屏蔽層構(gòu)成。

2.1 門體組件設(shè)計(jì)

門體結(jié)構(gòu)為整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)中的主要工作部件，其起到了輻射防護(hù)的作用，分為4 個(gè)主要部件：屏蔽層、行走組件、驅(qū)動(dòng)組件和防傾覆輪組。

2.2 屏蔽層設(shè)計(jì)

安全門的核心功能是屏蔽綜合艙內(nèi)帶有輻射的粒子，保證門外輻射劑量小于2μSv/h，該功能主要由輻射屏蔽層實(shí)現(xiàn)的，考慮到現(xiàn)場(chǎng)吊裝條件以及運(yùn)輸組裝調(diào)試的可操作性[1]，輻射屏蔽層采用分層、箱式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由4 個(gè)屏蔽箱和承重箱5 個(gè)部分構(gòu)成，各部件分別加工運(yùn)輸，抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行組裝。其中屏蔽箱金屬骨架為組焊件，屏蔽箱內(nèi)部通過筋板分隔形成區(qū)間，將混凝土澆筑在區(qū)間內(nèi)形成混凝土屏蔽層。

4 個(gè)屏蔽箱設(shè)計(jì)為長(zhǎng)：4730mm；寬：850mm；高：4320mm（屏蔽箱Ⅰ：1250mm；屏蔽箱Ⅱ：1250mm；屏蔽箱Ⅲ：1250mm；屏蔽箱Ⅳ：1080mm） 壁厚為50mm，金屬屏蔽層的累積厚度為150mm，混凝土屏蔽層累計(jì)厚度為700mm，質(zhì)量為69t。在屏蔽箱左右兩側(cè)開有吊環(huán)螺釘安裝孔，當(dāng)需要對(duì)屏蔽箱進(jìn)行吊裝時(shí)可將吊環(huán)螺釘安裝進(jìn)安裝孔中然后吊裝整個(gè)箱體。各層屏蔽箱接觸面設(shè)計(jì)為臺(tái)階型結(jié)構(gòu)避免直通縫的存在。

2.3 驅(qū)動(dòng)組件與行走組件設(shè)計(jì)

2.3.1 承重箱

承重箱設(shè)計(jì)尺寸長(zhǎng)×寬×高為：4990mm×910mm×452mm，設(shè)計(jì)框架材料為Q235，總質(zhì)量為3t，內(nèi)部填充強(qiáng)度為C30 的混凝土。

承重箱的作用是作為承重結(jié)構(gòu)的同時(shí)，連接行走輪箱與上部屏蔽箱。承重箱采用組焊工藝焊接成箱，箱內(nèi)澆筑混凝土保證安全門在地面下的屏蔽能力；在承重箱底部左右兩側(cè)設(shè)有頂升塊，供安裝及維修時(shí)用以對(duì)安全門整體的頂升。承重箱與輪箱組安裝面設(shè)有通過螺釘固定的鍵，通過鍵定位實(shí)現(xiàn)與輪箱組的定位。

2.3.2 輪箱組

選用標(biāo)準(zhǔn)輪箱，單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)承重30t，選用2 組（4 個(gè)）即可滿足承重要求。輪箱上設(shè)有控制系統(tǒng)安裝架，安裝架上安有控制限位開關(guān)，可對(duì)安全門進(jìn)行定位控制；在輪箱前端設(shè)有用以保護(hù)安全門的防撞裝置與用以掃落掉在軌道上污染物的軌道刷。為方便拆卸與安裝，行走輪箱預(yù)先與輪箱安裝板進(jìn)行組裝調(diào)整組成行走組件（驅(qū)動(dòng)組件組成為：行走輪箱+電機(jī)+輪箱安裝板），維修時(shí)將組件整體拆卸吊裝運(yùn)輸，維修完畢再將組件整體吊裝回來進(jìn)行安裝。

2.3.3 防傾覆裝置導(dǎo)向輪設(shè)計(jì)

導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)屬于防傾覆結(jié)構(gòu)中的部件，通過和掛壁導(dǎo)軌相配合，防止安全門在特殊情況下向外傾倒并保證門體行走路徑的直線度，進(jìn)而保障安全門和墻面的距離。

導(dǎo)向輪設(shè)計(jì)為模塊化結(jié)構(gòu)，方便拆裝，其由外部支架、輪體及配套軸承共同組成，輪部外表面為膠質(zhì)材料，緩沖因安全門可能存在的輕微晃動(dòng)，減輕對(duì)掛壁導(dǎo)軌的損傷。

2.4 防傾覆裝置掛壁導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

防傾覆裝置掛壁導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的作用主要是防止安全門在極端情況下向外傾倒發(fā)生威脅，保障安全門和墻面的距離。其結(jié)構(gòu)主要由掛壁導(dǎo)軌、防護(hù)罩構(gòu)成。

正常工作下，安全門上導(dǎo)向輪不與導(dǎo)軌接觸或輕微接觸不受力。在突發(fā)情況下安全門傾倒時(shí)，導(dǎo)向輪和軌道相接處支撐安全門。

2.5 通道蓋板設(shè)計(jì)

其尺寸為長(zhǎng)3500mm×寬1036mm×高938mm，主要骨架由工字鋼拼焊而成，重2t，上部安裝覆板下部安裝有行走輪。

承重蓋板組件主要功能和作用是通過掛鉤連接在門體上，當(dāng)安全門運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)推拽帶動(dòng)其運(yùn)行。當(dāng)安全門開啟時(shí)，承重蓋板組件填充安全門移動(dòng)后露出的地溝，使得安全門處內(nèi)外連通，形成通道，用以實(shí)現(xiàn)安全門內(nèi)外物資的相互運(yùn)輸。

設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，強(qiáng)度高維修方便。

2.6 安全及警報(bào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

安全門的限位保護(hù)分為3 個(gè)階段：一階段為停止位，接近開關(guān)碰到停止位安全門制動(dòng)，至安全門停止；當(dāng)停止位控制失效即保護(hù)位開關(guān)被觸碰則進(jìn)入二階段保護(hù)位電機(jī)斷電；當(dāng)一階段、二階段全部失靈則進(jìn)入三階段機(jī)械限位保護(hù)，門體碰撞金屬硬限位停止。為了保障安全門運(yùn)行時(shí)在其附近作業(yè)的工作人員的人身安全，設(shè)計(jì)了相關(guān)安全及警報(bào)裝置，包括在土建地坑四周設(shè)立防護(hù)欄，在安全門門洞處設(shè)置安全光幕，在安全門上放置警示標(biāo)志。當(dāng)安全門處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)安全門警示燈閃爍，蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)有人在安全門區(qū)域內(nèi)時(shí)，安全光幕反饋給控制系統(tǒng)控制，安全門急停[1]。

安全門各個(gè)結(jié)構(gòu)上均設(shè)有吊裝孔或吊裝螺釘安裝孔，在各部件需要運(yùn)輸時(shí)將吊環(huán)螺釘安裝在部件上，通過吊裝帶同上方主吊吊鉤連接，實(shí)現(xiàn)吊裝。

3 結(jié)語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的安全門包括屏蔽層、驅(qū)動(dòng)組件和行走組件、防傾覆掛壁導(dǎo)軌、通道蓋板和安全警報(bào)組件。其中混凝土屏蔽層的厚度為700mm 金屬屏蔽層的厚度為150mm，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)艙中電離輻射的防護(hù)。安全門主體質(zhì)量為69t，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)重3t，承重蓋板重2t，總重74t，符合小于100t 的要求。安全門中部署有三重限位保護(hù)機(jī)制，可以有效保護(hù)人員免受安全門擠壓，并通過聲光報(bào)警的方式提升人員，可以保證在有足夠強(qiáng)的防輻射的性能的前提下實(shí)現(xiàn)盡可能地減重并保護(hù)工作人員的安全，期待能夠?yàn)槲覈?guó)核設(shè)施中安全門的設(shè)計(jì)提供參考。