俄罗斯VVER机组环行起重机

2014-07-20马援东

机械工程与自动化 2014年4期

马援东，陶枫

（江苏核电有限公司，江苏连云港 222042）

0 引言

核电站环行起重机的功能需求、参数设置和结构型式一般随着核电站机组类型的不同而存在较大差异。国内正在运行的核电站以及正在建设中的核电站主要有国产化的CPR1000机组以及M310机组、欧洲三代EPR机组、美国三代AP1000机组、俄罗斯准三代VVER机组。连云港田湾核电站1，2号机组为俄罗斯VVER机组，其环吊整机从俄罗斯进口。本文主要介绍田湾核电站1，2号机组环吊的主要功能、技术参数、关键部件结构形式和性能特点，供起重机的设计制造人员和使用人员参考。

1 环吊的主要功能

俄罗斯VVER机组核电站厂房布置与一般核电站不同，燃料厂房位于核岛厂房外，与核岛厂房之间无专门的燃料运输通道。燃料的运输必须通过换料机、环行起重机、龙门吊、运输小车以及专用汽车联合工作来实现。新燃料进厂首先要在燃料厂房通过燃料专用吊车装入专用吊篮，将吊篮运至专用汽车上，运输到核岛龙门吊下；通过龙门吊吊装至核岛运输闸门前的运输小车上，由运输小车将燃料运至核岛厂房内；然后通过环吊将燃料吊篮从运输小车上吊运到燃料水池中，再通过装卸料机将燃料取走换料。而乏燃料的外运需要经历相反的过程。

VVER机组环吊需要执行的主要功能如下：

（1）在核电站建设过程中，环吊主要用于反应堆压力容器、蒸汽发生器、堆芯吊篮、保护管组件、上部组件等设备的吊运和安装。

（2）在核电站运行过程中，环吊主要用于在停堆换料期间对压力容器顶盖、堆内构件等的吊装、新燃料加料及放射性废物的吊运等。

由于需要完成乏燃料容器的吊运，因此它具有一般核电站环吊和乏燃料容器吊车的双重功能；由于需要承担新燃料吊篮的吊装，因此它是与核安全相关的设备；由于需要连接不同的专用起吊工具，因此主钩吊具具有270°旋转以及自动穿轴功能。

2 环吊的主要技术参数

（1）起重量：主起升机构为320t／140t；副起升机构为32t／12t。

（2）起升行程：主起升机构为30m；副起升机构为34m。

（3）环形轨道直径为Φ41.5m。

（4）起升速度：①主起升机构：带载为0m／min～1m／min，无载为0m／min～1.65m／min；②副起升机构为0m／min～6.2m／min。

（5）运行速度：大车回转速度为0m／min～15m／min；小车运行速度为0m／min～15m／min；吊具回转速度为0.05r／min；吊具移轴速度为0.19m／min。

（6）回转角度：吊车为±360°；吊具为±270°。

3 主要结构和性能特点

3.1 整体结构

图1 为VVER机组核电站环吊整体结构示意图，它主要由桥架、环吊旋转机构、小车、中央门架、5t电动葫芦以及电气控制设备等组成。电气设备和控制装置安装在核岛外部的电控室内，供电电缆和控制电缆从电控室通过反应堆厂房上的核级电气贯穿件进入核岛内部，再由敷设在厂房内壁上的电缆槽进入到穹顶上部的维护平台，再从此处垂直向下进入起重机内部。为便于设备的维修吊运，在穹顶上安装有10t滑轮组，其卷扬机安装在堆厅平台上；为了方便检修穹顶上的喷淋管道，在小车上安装了一个液压升降平台，此装置平时放置在仓库内，需要时通过穹顶上的10t滑轮组吊装到小车上；司机室仅在电站建设期间临时使用，在电站运行期间通过控制室内的操作台操作。

图1 VVER机组核电站环吊整体结构示意图

3.2 主起升机构

主起升机构在安装期间需要起吊蒸汽发生器和压力容器等重型设备，额定起重量为320t；在停堆换料期间需要起吊压力容器顶盖、堆芯吊篮和乏燃料容器等设备，临界载荷起重量为140t，其设计和制造满足俄罗斯核电站起重机相关标准的规定。图2 为主起升机构的布置图。

图2 主起升机构布置图

两台内部带制动器的变频电机分别通过联轴器驱动一台行星减速机的两根高速轴，在减速机的低速轴上通过卷筒联轴器驱动一个双联卷筒。行星减速机有两根高速轴，一根高速轴为通过中间轮与行星包外齿圈相啮合的小齿轮的轴，这根轴从减速机的两侧伸出，内侧通过带制动轮的联轴器与电动机1号相连，外侧安装有应急手动装置。行星减速机的另一根高速轴为行星包太阳轮轴，这根轴从减速机的外侧伸出，通过带制动轮的联轴器与电动机2号相连。对应于电动机2号的减速机内侧的轴为行星架的轴伸，其上安装有安全制动器的制动轮。

该主起升机构具有以下特点：

（1）采用双电动机驱动。通过调整行星部分和外啮合部分的速比配合，可以得到快、慢两种速比。当其中任意一台电动机出现故障后，该高速轴的电动机内部制动器与紧急制动器抱闸；另一台电动机可以单独运行，并保证能以1／2额定速度连续长时间工作，将吊运的设备安全平稳地放回到指定地点，在此工况下传动链中任何一个零件都不过载。采用这种方案，提高了起升机构的安全可靠性和使用性能。

（2）起升机构设有电机内部制动器、紧急制动器和安全制动器。一般情况下紧急制动器滞后于电机内部制动器上闸；安全制动器在传动链出现事故情况下起作用，它安装在行星减速机的行星架轴伸上，此轴所需要的制动力矩比电机轴上的力矩大一级传动比的倍数，但远小于卷筒上的力矩。当减速机行星包以前的部件出现故障时，安全制动器上闸，保证所吊运的重物不会坠落。当减速机行星包以后的部件出现故障时，安全制动器起不到安全作用，但减速机行星包以后的部件转速较低，出现故障的几率很小。

（3）具有重物调平系统。主起升机构钢丝绳缠绕系统采用两根钢丝绳非交叉缠绕，滑轮的倍率为8，两根钢丝绳的受力通过钢丝绳平衡杠杆达到均衡。以环吊吊装长10.4m、重量180t的反应堆吊篮为例，由于吊篮和吊具本身重量的不均衡，在吊装过程中将导致吊篮在垂直方向上的歪斜，易造成吊篮与导轨的擦伤，需要通过强行调整钢丝绳平衡杠杆的水平度来使吊篮处于垂直位置。调整驱动装置为电动机通过带制动轮的联轴器驱动一个减速机，在减速机的低速轴上通过一个开式齿轮驱动钢丝绳平衡杠杆上的扇形齿轮。

3.3 旋转机构

环吊旋转机构采用四角独立驱动方式，如图3 所示。电动机通过带制动轮的联轴器驱动减速机的高速轴，在减速机的低速轴上通过浮动轴驱动车轮。为保证车轮走理想的圆弧形，16个车轮安装在旋转圆弧的切向方向，车轮的轴线始终指向旋转中心。

图3 旋转机构示意图

由于车轮踏面为圆柱形，在环吊沿环形轨道作旋转运动时，车轮踏面的内侧和外侧所走的距离不相等，在车轮与轨道接触处存在着滚动和滑动的叠加，可能会增加车轮的磨损。但从田湾核电站1号机组环吊使用情况来看，车轮磨损不是很明显。这与环吊的实际工作级别低、环形轨道上表面为圆弧形、车轮与轨道之间为点接触有关。

3.4 320t吊具

与其他核电站环吊的吊装需求不同，俄罗斯VVER机组环吊在吊装过程中既要求带着重物的吊具能够水平旋转270°，又要求在吊叉下方带有电动穿轴机构，以快速穿上和卸下各种起吊工具。如图4 所示，320t吊具主要由滑轮组、吊钩螺母、吊钩横梁、旋转机构、穿轴机构、吊叉及吊钩组成。

由内部带制动器的电动机通过带力矩限制器的联轴器驱动蜗轮蜗杆减速机，减速机的低速轴上带有一个小齿轮与安装在吊叉上的大齿轮相啮合，从而带动吊叉旋转。由内部带制动器的电动机通过联轴器驱动蜗轮蜗杆减速机，减速机低速轴上带有一个小链轮与安装在螺杆上的大链轮相啮合，大链轮带动螺纹杆旋转，螺纹杆与吊叉轴内部的螺纹相配合，通过螺纹杆的转动实现吊叉轴的水平移动。