CAP1400屏蔽主泵安装小车研制

2021-12-22涂凌志刘光虎

机械工程师 2021年12期

涂凌志，刘光虎

（中联恒通机械有限公司，长沙 410201）

0 引言

CAP1400机组是我国在消化、吸收、全面掌握引进的第三代先进核电AP1000非能动技术的基础上，通过再创新开发的具有我国自主知识产权、功率更大的非能动大型先进压水堆机组。CA1400示范工程的建造安装和安全投运，迫切需要与之相配套的安装和检修技术保障，围绕这一目标，开发研制CAP1400屏蔽主泵安装小车（以下简称“安装小车”）。安装小车用于作为屏蔽反应堆冷却剂泵（以下简称“屏蔽主泵”）最大可拆卸部分的支撑体和运输工具，用于屏蔽主泵最大可拆卸部分在蒸汽发生器隔间内的维修、安装/拆卸和垂直、水平方向的移动[1]。

本课题是国家科技重大专项“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”专项中，“CAP1000和CAP1400机组专用设备检修技术研究”项目的子课题1“CAP1400屏蔽主泵安装小车研制”，项目由国核电站运行服务技术有限公司总体负责，子课题1由中联恒通机械有限公司承担。

与AP1000相比，屏蔽主泵质量增加，外形尺寸加大，安装行程加长，而安装维修空间基本相同，因而设备的设计制造难度更大。

1 屏蔽主泵安装技术要求

1.1 安装小车功能要求

安装小车的基本功能是用于作为屏蔽主泵最大可拆卸部分的支撑体和运输工具，用于屏蔽主泵最大可拆卸部分在蒸汽发生器隔间内的维修、安装/拆卸和垂直、水平方向的移动。

主要设计要求：1）具有安装/拆卸、支撑和保护主泵最大可拆卸部分的功能；2）最大提升载荷为120 t；3）能实现主泵最大可拆卸部分与泵壳间中心轴线初步对准，使两者之间X、Y方向的对准偏差间距不超过6 mm；4）上部提升装置对主泵最大可拆卸部分，具有±0.5°内的垂直调整能力和1200 mm的提升能力，并在该行程的任一位置上提供支撑；5）上部调整装置具有X、Y方向±8 mm内的调整能力，以及±1.5°的周向调整能力；6）主泵安装小车的设计应使主泵安装小车在组装时使用的外部吊车数量最少；7）主泵安装小车的设计应使小车在蒸汽发生器隔间组装的组件数量最少；8）主泵安装小车应容易组装、拆解和维修，且所需的时间最少，应有相应的工具和辅助设备用于主泵安装小车的组装或拆解；9）主泵安装小车应能用于所有4台主泵的安装和拆卸，当主泵安装小车在1台主泵拆卸或安装时，应不影响蒸汽发生器支撑及临近的主泵和主管道；10）主泵安装小车在主泵最大可拆卸部分移动和升降过程中应保持稳定；11）主泵安装小车由可拆卸的若干组件构成，其中最大组件尺寸不超过蒸汽发生器隔间可通过截面2000 mm×1400 mm（垂直向通过截面）。

1.2 屏蔽主泵参数

屏蔽主泵中最大可拆卸部分主要由可移除组件、换热器、泵体、吸入导管及换热器支撑等组成，其中核心部件是可移除组件，重88.25 t。屏蔽主泵接口为主法兰，共计24个法兰孔。

屏蔽主泵可移除组件外形图如图1所示。

图1 屏蔽主泵可移除组件外形图

1.3 运行空间

屏蔽主泵安装在蒸汽发生器底部的泵壳下方，安装和维修在隔间内蒸汽发生器下方的狭小空间进行。蒸汽发生器隔间立面图如图2 所示，蒸汽发生器平面图如图3所示。

图2 蒸汽发生器隔间立面图

图3 蒸汽发生器隔间平面图

1.4 安装操作步骤

屏蔽主泵的安装步骤为：1）安装吸入导管；2）安装可移除组件；3）将外部换热器装到可移除组件上；4）安装设备注水，排气和设备冷却水（二次冷却水）管路；5）安装仪表；6）安装电力电缆和永久接线盒盖。

其中，安装可移除组件的操作步骤为：1）组装安装小车，吊装主泵至隔间，把主泵装入安装小车；2）安装小车携带主泵移动至泵壳下方，根据安装位置和移动路线的不同，分为A、B泵；3）安装小车顶升主泵，并调整主泵姿态至与泵壳对中。

2 CAP1400屏蔽主泵安装小车设计

2.1 结构组成

图4 A泵可移除组件安装步骤1-2

根据安装位置、周向角度不同，屏蔽主泵分为A、B泵2种，AP1000安装小车采用2台不同设备分别安装的方式[2]，CA P1400 安装小车经统型设计，安装A/B泵可以通用。安装小车包括主泵本体顶升装置，吸入导管安装工具，主螺栓安装工具，换热器安装工具。其中主泵本体顶升装置是核心功能部件，用于屏蔽主泵可移除组件的拆装，其它安装工具通过组合使用，实现屏蔽主泵其它可拆卸部分的拆装。

主泵本体顶升装置主要由顶升体、顶升驱动机构、顶环、上立柱、中环、下立柱、底座、支撑座、侧面加强结构、X形加强结构、斜拉固定装置、水平调整机构、圆周调整机构、液压系统、电气系统等组成。

2.2 功能原理

2.2.1 小车打开

因屏蔽主泵上有不可拆分的接线盒，接线盒尺寸较大，最大尺寸为R1087.6 mm，主泵主体尺寸半径为R807.5 mm（直径为φ1615 mm），主螺柱法兰面半径为R1112.5 mm （直径为φ2225 mm），小车需要能打开，以便主泵装入。

小车顶环、中环均为可拆分结构，分别由4块圆弧组件组成；中环下部立柱上下都是铰接结构，装有关节轴承，可绕铰点在任意方向转动；中环下部立柱装有立柱固定装置，立柱固定装置可松开，当拧紧固定时即可限制中环立柱的转动；侧面加强结构采用销轴与固定基座连接，可绕销轴旋转，以便打开；侧面加强结构下部与固定基座接触的部位有斜面结构。

图5 B泵可移除组件安装步骤1-2

图6 A、B泵可移除组件安装步骤3

图7 主泵本体顶升装置结构组成

小车需要打开时，拆除顶环装配和中环装配中相应位置的连接板和紧固件，松开下立柱固定装置的紧固件，即可向外打开结构，以便接收主泵。

2.2.2 底部支承

底座是整个安装小车的承载基础，下部装有6个滚轮，用于小车在隔间内水平移动，并预留支座和油缸支承的布置位置。底座外形及滚轮、支座、油缸的布置等适应隔间内蒸汽发生器支撑柱及隔间地面台阶的影响。

小车移动时，由滚轮支承小车。采用激光跟踪仪检测、跟踪小车位置，采用绞盘拉动移动小车，使主泵中心轴线与蒸气发生器下方的泵壳中心轴线初步对准。受空间限制，小车移动不带动力，通过手拉葫芦驱动，钢丝绳滑轮系统传动，拉动小车。

顶升主泵时，由8个支座支承小车，滚轮不接触地面。

当滚轮需要换向及需要转换支承方式时，由液压系统顶升并临时支承小车。

2.2.3 主泵提升和垂直度调整

屏蔽主泵有24个法兰孔，使用其中4个作为支撑点，与主泵本体顶升装置4组顶升体相对应。主泵本体顶升装置有4组顶升驱动机构，顶升驱动机构由伺服电动机、行星减速机、联轴器、螺杆升降机组成。伺服电动机输出动力经行星减速机、联轴器传动，驱动螺杆升降机竖直上升和下降。竖直顶升控制系统采用监测控制伺服电动机转动圈数、使用激光测距传感器检测顶升距离和使用测力螺栓监测顶升点载荷等多种方式监控顶升状况。

同步竖直顶升或下降时，同时控制4个伺服电动机正、反转，并根据激光测距传感器和测力螺栓实时检测数据，及时自动调整伺服电动机姿态，满足各顶升点同步要求。

图8 小车打开，准备接收主泵

图9 底部支承

图10 主要功能原理示意图

当需要调整垂直度时，根据现场观测实际情况需求，单独或同时控制2个或同时控制3个伺服电动机，以调整各顶升点高度，从而实现主泵垂直度调整，使得主泵安装面与泵壳安装面平行。同时，顶升体内设置球面结构，以保证与主泵接触面有微小倾斜时，下部结构保持竖直。

2.2.4 水平调整和圆周调整

水平调整功能由上部平台、上支链和水平调整机构共同完成。上部平台由顶环及其以上的部分构成，上支链由4组上立柱构成，每组上立柱有2个立杆。上立柱上、下两端设置关节轴承，设置斜拉固定装置限制周向运动，上部平台具有水平X、Y向运动的自由度。通过4组水平调整机构共同作用，手动伸缩调节螺杆，一侧缩短调节螺杆，另一侧伸长调节螺杆，调节螺杆推动上部平台平移，手动控制调节螺杆旋转圈数，从而确定上部平台平移距离。水平调整时，8个立杆倾斜方向和大小一致，上部平台始终保持水平，屏蔽主泵与上部平台无相对运动。

圆周调整功能由下部平台、下支链和圆周调整机构共同完成。下部平台由中环及其以上的部分构成，下支链由4组下立柱构成，每组下立柱有1个立杆。下立柱结构形式与上立柱类似，上、下两端设置关节轴承，下部平台具有绕Z轴旋转的自由度。通过圆周调整机构两侧的丝杆升降机共同作用，进行圆周位置调整。圆周位置调整时，4个立杆倾斜方向和大小关于Z轴阵列对称，下部平台始终保持水平。