人员闸门通道升降底板的结构设计

赵英超 ZHAO Ying-chao；薛万勋 XUE Wan-xun；方晓璐 FANG Xiao-lu；许桐晖 XU Tong-hui

（中国核电工程有限公司核设备所，北京 100840）

0 引言

人员闸门是核电站中安全壳压力边界的重要一环[1]，不仅是核电厂保持放射性物质在安全壳内不外泄的最后一道安全屏障，另一重要作用是核电厂在施工、冷停堆、反应堆正常运行以及热停堆时，保障人员、小型设备通过进出安全壳[2]。因为人员闸门有运输小型设备等物品的功能要求，又需要保证（内）外门向堆芯侧右向开启，这就导致传统固定式通道底板的门板尺寸大于门框尺寸，所以造成了人员闸门通道内部底板高度低于门框下沿，会导致门框与底板存在75mm的高度差，难以保障物品及设备在运输过程中的平稳性与安全性[3-4]。为解决上述问题，本文在其它核电站的基础上提出了一种人员闸门通道升降底板的结构设计。

1 机构总体方案设计

1.1 人员闸门结构简图

人员闸门结构简图如图1所示，主要由1）内门框、2）筒体、3）外门框、4）外门、5）内门组成。

图1 人员闸门结构简图

人员闸门为钢制筒型结构贯穿安全壳，门的开启和关闭可通过电动或手动的方式由传动部件实现，门体开启方向为面向堆芯右开，门体位于堆芯侧，为了减小占用空间，提高核电厂空间占有率，选择外门向筒体内开启，图1中所示两点划线矩形框分别为内门和外门开启时的方向和位置，从而保证内安全壳内部为正压时，门体处于压紧状态，保证内（外）门的密封功能。

1.2 升降底板基本结构

内门侧升降底板和外门侧升降底板基本结构如图2所示，图2中A-A和B-B为升降底板对应的剖视图。

图2 人员闸门通道外门侧（左图）升降底板和内门侧（右图）升降底板基本结构

外门侧升降底板主要由6）外门侧电机、7）外门侧中央换向器、8）外门侧换向器①、9）外门侧换向器②、10）外门侧万向传动轴①、11）外门侧万向传动轴②、12）外门侧万向传动轴③、13）外门侧万向传动轴④、14）外门侧升降机①、15）外门侧升降机②、16）外门侧升降机③、17）外门侧升降机④、18）外门侧底板等零部件组成。因为内门侧升降底板与外门侧升降底板结构完全相同，此处不再重复赘述。

1.3 主要组件描述

因为外门侧升降底板和内门侧升降底板结构相同，所有组件均以外门侧升降底板组件介绍。外门侧升降底板除本小节所述电机、换向器、梅花联轴器、升降机，H型钢、覆板、角钢等组件后续章节讲解不在此部分赘述。

1.3.1 电机

电机为升降底板两端的升降机提供动力，依据传动计算的结论，电机理论转速为1400转/min。考虑一定安全裕量，选择电机输出转速为1500转/min，电机功率为3kW的Y100LB3-4P三项交流电机。

设备完成并进行联调试验时，外门侧升降底板上升时间10秒，行程76mm，下降时间10s，内门侧升降底板上升时间为13s，行程75mm，下降时间13s，可以满足试验要求。

1.3.2 换向器

换向器的作用是能够在电机转动时起到换向作用，为使电机的动力可以通过10-13）外门侧万向传动轴①-④传递到位于底板四角15-18）升降机①-④上。本方案采用两次换向，第一次电机通过EC100P03F换向器，第二次经过两个相同的EC80P03F换向器，实现扭矩的传递。

1.3.3 梅花联轴器

在图2中6）外门侧电机与7）外门侧中央换向器通过梅花联轴器①连接，以及7）外门侧中央换向器与8）外门侧换向器①和9）外门侧换向器②之间通过两个相同的梅花联轴器②连接，一方面可以有调节扭矩偏差的作用，另一方面又可以确定设备是否同心，便于设备的安装与拆卸，起到保护设备的效果。

1.3.4 升降机

为实现底板的整体平稳上升和下降，将外门侧升降机安置在底板四周最外侧部分，数量共四个，升降机型号选择为SJ25-B-RV-C70-ULH。

1.3.5 行程开关

行程开关利用内部元件碰撞达到控制电路的接通和闭合，从而可以控制底板的升降。为了外门侧升降底板可以按照75±2mm设置的行程，实现上升和下降往返运动，避免升降底板行程过大与门框发生碰撞，造成门体损坏等后果。

1.3.6 相关部件校核

因为上述组件中均按照相应标准选型，且人员闸门通道升降底板部分机械联调试验已完成，可以保证设计的合理性与可行性。

2 升降底板工作过程分析

人员闸门通道升降底板的升降过程大致如下：

底板升降过程中，电机的动力通过中央换向器传送到与底板两侧对称设置的换向器①和换向器②上，再经过万向传动轴①和万向传动轴②将换向器①的动力传送到底板一侧两个角的升降机①和升降机③上；万向传动轴③和万向传动轴④将换向器②的动力传送到底板另一侧两个角的升降机②和升降机④上，升降机通过丝杠控制底板完成上升和下降动作。

外门侧升降底板与内门侧升降底板互不影响，可各自独立升降，而且两者升降过程相同，其升降高度行程设计值为75±2mm。

图3（a）、图3（b）、图3（c）和图3（d）为人员闸门通道升降底板由外门向内门运输物品的步骤示意图。

图3（a）为人员闸门初始状态，当由外门侧向内门侧运输物品时，首先打开外门升起外门侧升降底板及内门侧升降底板至与人员闸门门框下沿平齐如图3（b）、图3（c）所示。将运输小车推过外门侧升降底板到达内门侧升降底板上，降下外门侧升降底板后关闭外门，打开内门，将运输小车推出人员闸门通道，降下内门侧升降底板关闭内门，整个过程完毕。

图3 通道升降底板运输物品步骤示意图

由内门侧向外门侧运输物品时，先打开内门，升起内门侧升降底板至与人员闸门门框下沿齐平，将运输小车运输至内门侧升降底板上，关闭内门，打开外门，升起外门侧升降底板与内门侧升降底板平齐，将运输小车推出人员闸门通道，降下外门侧、内门侧升降底板，关闭外门，整个过程完毕。

3 人员闸门通道升降底板安装与调试问题分析

3.1 升降底板安装

人员闸门通道升降底板结构并不复杂，因内门侧升降底板与外门侧升降底板结构相同，仍以外门侧升降底板安装过程作为介绍。外门侧通道升降底板的底部由8块长度为348mm，截面为100*100mm的H型钢①作为图2中竖直方向的主要支撑部件，由8块长度为412mm，截面为100*100mm的H型钢②作为图2中水平方向的主要支撑部件。两种不同的H型钢通过焊接的形式将其固定组合在一起，将2块完全相同的覆板平铺在H型钢上，覆板的长度和宽度分别为1600mm和800mm，每块覆板上留有16个M10的孔，并结合J427HR和E4303焊条进行焊接，用实现覆板与H型钢的固定与安装。

外门侧升降底板有4个升降块，分别对应4个升降机座，分别将升降块与机座对应安装后放置在底板四周。相应的电机、换向器和行程开关分别有对应的机座。电机、换向器以及丝杠可以看做一个整体部件，将其最终与升降块组合，能够实现联动即可。因为电机安放在左侧覆板的正下方，这就会使得其距离左右两侧升降底板最远端距离不一致，又为了可以保证左右两侧的升降底板上升高度相同，在本结构中通过改变左右两侧升降块的形状来实现上升相同高度的目的。可以限制升降底板行程的行程开关和行程开关组件，安装在底板右侧中心部分，距离底板边缘200mm的位置。

3.2 升降底板现场调试及问题

3.2.1 问题分析

因为结构简单，现场调试阶段问题不多，仅存在一个问题。在外门侧升降底板向上提升时，总是会提前结束行程，导致门框与底板存在5mm的间隙，无法保证同一高度。内门侧升降底板存在同样的问题，不过内门侧底板会在门框距离4mm位置停止。原因分析：设计者设计经验不足，使得行程开关位置相对较高，会使其提前触碰底板而结束行程，导致上述问题。解决措施：分别将外门侧行程开关和支架分别下调5mm和4mm。

3.2.2 调试结果

人员闸门通道升降底板初始位置如图4所示，初始位置低于门框，经过向下调整行程开关的位置，从而可以实现通道底板在行程结束位置时与门框呈水平状态，结束时位置如图5所示。

图4 升降底板初始位置

图5 升降底板结束位置

4 结论

人员闸门一个重要作用是保障小型设备及物品进出安全壳，为避免小型设备及物品进出闸门时因升降底板与门框的高度差受到损坏。本文结合以往核电站的运行及反馈经验，提出一种升降底板的结构设计，能够显著提高物品经过人员闸门运输的平稳性与安全性。目前人员闸门通道升降底板已在昌江小堆科技示范工程等项目中应用，并已完成相关联调试验。