环轨式起重机在核电厂的建造应用研究——以SGC- 250 为例

李兴举 王 帅 齐 勇

中国外运大件物流有限公司 上海 201204

1 项目简介

因具有减少现场施工量、缩短建设工期等优势，模块化技术越来越多地被应用在工程设计和建造中。采用模块化后，大量的施工工作在制造厂完成，可以更好地保证施工质量。然而，从施工角度上看，大规模的模块化在提供各种便利的同时，也给运输和吊装工作提出了更高的要求和挑战。

在核电站核岛设备安装过程中，一般采用“开顶法”（宋氏工法，图1）吊装，即在反应堆厂房环吊安装前，用大型吊车将重型设备在厂房外翻转竖立；然后越过反应堆厂房结构进行设备的就位；待反应堆厂房所有重型设备和大型结构模块就位后，再进行反应堆厂房穹顶施工[1-6]。

世界上最大的环轨吊是比利时SARENS 的Big Carl SGC- 250，5000t 超重型环轨式起重机，目前在英国欣克利角C（HPC）核电站项目进行吊装作业。英国欣克利角C 项目是由法国电建（EDF）和中广核共同投资建设的三代压水堆核电机组，包括600 多个设备的吊装任务，表1 为典型设备的清单。

图1 开顶法吊装

表1 英国欣克利角C项目典型设备清单

2 环轨起重机起重能力对比研究

目前具有代表性的最大环轨式起重机主要有荷兰MAMMOET- PTC200- DS、英国ALE- AL.SK350 和比利时Sarens- SGC250。这些起重机的研发、制造技术成熟，已形成标准化、系列化，并在实践中得到广泛应用。国际上具有代表性的环轨式起重机见图2。

图2 环轨式起重机

上述3 种主要环轨式起重机的性能如表2 所示。有表可知，在主臂工况、50m 外伸半径下，AL.SK350、PTC200- DS 和SGC- 250 3 种环轨吊的起重能力分别是2371t、3050t 和4362t。由此可见，SGC- 250 具有更大的起吊能力。这种大吨位大起重半径的起重能力，可满足吊机一个站位多个吊装任务的需求。

3 风速对环轨吊的影响分析

吊装作业对风速有严格的要求，风会对吊机及货物产生水平推力载荷，影响吊机稳定性，因此每一次吊装都要验算吊装最大允许风速。风速包括平均风速和3s 阵风风速，当计算风对吊机的荷载时，需要计算3s风速，其计算公式见式（1）。

式中：z——吊装高度；

吊机承受的风载荷主要包括作用在吊机上和货物上的风载，其计算公式见式（2）。

表2 国际上3 种代表性的环轨式起重机起重性能

式中：CW——阻力系数；

V——3s 阵风风速；

AP——投影面积；

ρ=1.25kg/ m3(空气密度)

搭建SGC- 250 风载分析模型，校核不同工况下环轨吊允许的最大风速，以Liner Ring 2 为例进行分析。

图3 SGC- 250 风载分析模型

表3 SGC- 250 风载分析数据

通过计算，在吊装高度17m，操作半径108m 的情况下，Liner Ring 2 最大允许的操作风速是21m/ s。通过该计算模型可同样求出其他货物在不同工况下的最大允许操作风速，结果如表3 所示。由表可知，在主臂工况下，环轨吊SGC- 250 具有很强的抗风性，可适应恶劣天气环境作业。

4 环轨起重机SGC- 250 轨道分载

SGC- 250 拥有5200t 配重，属于集装箱式配重，只需在工作地填满沙子就可以当成配重使用。它有128个轮子，最大载荷力矩为250000t·m，并且具有全移动环形起重机的所有功能，机动灵活性好。

在HPC 项目中，SGC- 250 在3 个通过轨道连接的起吊点之间运行，整个轨道是用混泥土建造而成，滑轨铺在混泥土上，总长度超过6km。这样的设计可节约吊机转场时间，提高工作效率，具体如图4 所示。

图4 环轨式起重机直行轨道

如图5 所示，SGC- 250 采用的双环梁和车轮转向架可以大大降低轮载，通过全局SGC 250 模型分析极限工况下的最大轮载，发现最大轮载出现在124m 主臂工况下。表4 为SGC- 250 轮载荷。

表4 SGC- 250 轮载荷 kN

图5 环轨式起重机双环梁和车轮转向架

环轨式起重机的轨道结构见图6。

图6 环轨式起重机的轨道结构

通过45 度分载法，可求得每个轮子通过轨道作用在混泥土上的接触面积（S），见式（3）。

所以，垂向力(Fz)作用在混泥土上的压应力（P1）计算公式见式（4）。

该接触面截面系数（W）计算式见公式（5）。

水平切向力（Fh）会对接触面产生的弯矩（M），其计算公式见式（6）。

水平切向力（Fh）会对接触面产生的弯曲应力（P2）计算公式见式（7）。

则总的对地压力（P）计算公式见式（8）。

所以在极限工况下，使用SGC- 250 对地面的压力需要大于25t/ m2。

5 结语

环轨式起重机安全可靠的大吨位大半径起吊特点是未来大模块安装的必要条件，其较小的接地压比和大抗风性，也能适应不同作业环境。因此，在未来核电建设当中，环轨式起重机会得到越来越广泛的应用。

随着我国经济的快速发展，在实现中华民族复兴的伟大道路上，中国企业走向国际是必然趋势，这对大件吊装企业来说，既是机遇，又是挑战。目前国内还没有自主研发的大型环轨式起重机，所以加快研发中国式环轨吊是目前的紧要任务。