核岛燃料贮存格架自动翻转系统的应用

刘琪琳 李云峰 潘国祥 杨泽宇 朱全友

中国核工业二三建设有限公司红沿河项目部 辽宁 瓦房店 116300

1 概述

核岛燃料贮存格架自动翻转系统通过舵轮结构的电动行走平台搭载一台大型齿圈结构的翻转机，配以由安全感应器等构成的安全控制系统，通过操纵无线工业遥控器或线控手柄，实现格架的自动翻转，在减少人力物力投入的同时，提高工作效率，降低质量安全风险，实现机械安装自动化。

2 背景技术

现有的用于核岛燃料厂房燃料贮存格架的翻转工具为标准的固定式结构架，在引入过程中，基于核岛燃料厂房乏燃料贮存格架自身结构特点及燃料厂房环境的局限性，需要空中翻转，其不利因素如下所述：

(1)由于格架的翻转是通过吊车与倒链配合，在空中实现的，因此格架的重心位置较高且无支撑点，因此容易出现重心不稳造成格架倾斜与倾倒，导致设备受损，人员受伤；在翻转过程中存在极大的质量安全风险；

(2)由于格架与L型翻转托架总重量接近于吊车的额定荷载，因此在空中翻转过程中由于存在晃动，经常会超过吊车的额定荷载，造成吊车报警和和停车，格架悬置在空中，待吊车由专业人员恢复后再进行落位和重新翻转，反反复复，操作难度大，浪费大量的人力物力财力、工作效率低、质量安全风险高。

3 工作原理

翻转机构主要由翻转机构结构架、驱动部分、支承结构组成。其中翻转机构结构架包含翻转结构体和齿圈，翻转机构驱动部分包含电机减速机，小齿轮等。通过驱动部分将扭矩传递到小齿轮上，小齿轮与大齿圈通过齿轮啮合传递扭矩，将扭矩传递给翻转结构架上，从而带动翻转结构架进行90度翻转

乏燃料贮存格架自动翻转系统上的翻转机构采用双侧齿轮传动形式，由三相异步电机作为动力源经过一定速比的减速机减速后带动两侧小齿轮转动，两侧小齿轮带动两侧120°大齿圈进行传动，两侧大齿圈和翻转主体框架通过螺栓固定在一起，进而带动翻转主体进行翻转90°。

通过操纵无线或有线工业遥控器或人机界面3种方式控制车体上加载的翻转机构运动。使其翻转机构可以旋转90度，从水平位置翻转到竖直位置。同时通过程序完成安全闭锁功能，当翻转机构到达垂直位置后通过装在翻转机构两侧的到位传感器反馈的位置信息，系统自动停止翻转以保护贮存格架的平稳吊装。翻转机只有在车体上的翻转机构水平停稳到位后才可以通过手持遥控器来发送行驶指令。所有翻转动作全是由手持遥控器来完成的，可以完全实现单人操作完成运输的整个过程。

4 翻转机构结构特点

翻转平稳可靠，旋转缓启动，电机自带抱闸可保证在突然断电的情况下进行位置锁定，大程度增强了安全可靠性。

翻转机构结构特点如下：

(1)八托辊机构，保证设备平稳运行。

(2)机械齿轮式翻转系统，不会出现倒转现象。

(3)托辊及翻转底座均有安全外罩，保证人员操作安全。

(4)托辊内轴承采用成对的圆锥滚子轴承，能够适应各种复杂的径向和横向受力不均的受力情况。

(5)采用工业减速机，噪音小，力矩大,运行更加平稳。

(6)电机带停车刹车自锁功能，可任意位置停机，翻转体原位锁定，安全可靠。

(7)电气系统装配有变频器，含过流、过载、短路、缺相保护功能。

(8)电器部分采用保护断路器，过载断路开关，及过电流保护接触器，有效防止过载产生的安全隐患。

(9)带指示报警装置，有效提醒员工操作安全。

(10)采用多重限位开关及机械保护装置，确定操作安全。

(11)设备电机启动采用缓启动，缓停止，运行平稳、快捷，不会出现突然倒塌现象。

(12)有过流保护装置，翻转机超过翻转最大重量，会自动断电停机保护，不会损坏电机。

图1 翻转机构主要组成

4.1 工作流程 该装置是将燃料格架由卧式翻转90°形成立式状态的部件，具体工作流程为：将燃料格架通过自行式起重机放置在翻转机构A面，由电动行走平台车搭载翻转机构通过土建扩展区后将其运输至KX厂房0米吊装孔正下方，通过传动系统(电机、减速器)带动小齿轮转动，小齿轮与大齿圈啮合，带动翻转机构旋转，当翻转机构旋转90°时，燃料格架由卧式翻转形成立式，从而使燃料格架由A平面的卧式放置翻转成为B平面的立式放置，然后通过核岛KX厂房+28.710m的辅助吊车将其吊离翻转机构，就位于KX厂房的乏燃料水池中。

设备额定载重量为15t，翻转行程90°，运行时间60-80s。传动系统中电动机自带自锁功能，能够实现任意位置停车自锁。

图2 翻转效果示意图

5 结束语

乏燃料贮存格架自动翻转技术的应用实现了格架的自动翻转，在减少人力物力投入的同时，提高工作效率，降低质量安全风险，实现机械安装自动化。并在实际工程应用中取得了良好的应用效果，具有广泛的推广使用价值。