压水堆核电站用起重设备简介

 

    核能是地球上储量*丰富、高度浓集的能源，核能发电具有不排放C2等温室气体的优势，还有燃料价格稳定，可确保能源安全的优点。目前随着国家能源结构的调整，我国已进入了核电的快速发展期，我国核电站的年建造数量位居世界第。

 

    核电站中需要大量的起重运输设备搬运物料，其使用的起重设备有10余种类型，数量多达250余台。下面主要介绍核电站用重型和专用起重设备，对葫芦型等起重设备不予介绍。

 

    2核电站起重设备的特点由于特殊的运行环境和功能要求，核电站用起重机与其他常规起重机相比有较大区别。核岛内采用的起重设备，如环行起重机、PMC系统起重机及130t乏燃料容器起重机等专用起重设备均有以下特点。

 

    高可靠性。由于起重设备吊运的物料具有高危险性，在运行期间如出现坠落事故，其后果是非常严重的，为此，核电站起重设备的可靠性要求很高，从设计到制造、试验及运行等均要考虑其可靠性要求。

 

    运行平稳且定位精度高。核电站起重机采用先进的调速和控制系统，因此具有冲击小和运行平稳等优点。PMC系统起重设备定位精度为±3mm；环行起重机和乏燃料容器起重机等定位精度为±自动化程度高。为了提高工作效率和减少对人的辐射危害，同时也为减少操作人员的误动作，如PMC系统中的一些起重设备具备自动定位功能。

 

    具备单一故障保护功能和其他保护功能。

 

    环行起重机、装卸料机、人桥吊等起重设备，其临界载荷的安全操作主要依靠起重机系统，这些起重设备均按单一故障保护功能设计，以免因单一事故导致起重机系统丧失持住载荷的能力。

 

    特殊的抗地震要求。反应堆厂房和燃料厂房的起重设备，对抵抗地震有一定的要求，通常是根据用户提供的电站特定条件下的地震反应谱进行计算。对于其他厂房的起重机，般要设置防震反钩，以保证在地震情况下不脱离轨道。对于那些只在安装阶段使用的起重设备则不需要做抗震方面的考虑。

 

    复杂的安全保护系统。核电站中的起重设备，根据所在场合的不同需要具备钢丝绳断裂监测、钢丝绳叠绕监测、起升和运行行程开关、位置和速度监测编码器、传动链故障监测编码器、超速开关及称重传感器等特殊安全保护措施，用来完成故障诊断和安全保护等功能。

 

    特殊的材料要求。主承载件不允许用沸腾钢；反应堆厂房起重设备表面不允许用锌、铝等材料；水下操作或与水有接触的部件需要采用不锈钢和特殊油漆；铸钢材料在一些场合受到限制性使用等。

 

    特殊的许用应力要求。不同的设备有自己特殊的许用应力要求，通常在技术规格书中提出明确的要求，这些规定关键是用以提高设备的可靠性和安全性及免维护性。

 

    特殊的环境。需要考虑温度、湿度以及事故等情况下的腐蚀、压力和放射性等的影响。

 

    制造工艺复杂。环吊的环梁环轨和PMC系统中不锈钢材料部件的焊接加工对制造工艺提出了较高的要求。

 

    质量保证体系严格。设计部门和制造厂应根据业主所提供的设备质保文件和设备质保等级编制设计、制造、安装、试验和操作运行的质保文件和实施计划。不同的质保等级质量保证体系有着很大的区别，核电站中起重设备质保等级*高为Q1级。

 

    3核岛用起重设备反应堆厂房及其紧临的核辅助厂房称为核岛，它是一类核安全建筑物，是核电厂的中心。核岛可分为反应堆厂房、电气厂房、核燃料厂房和核辅助厂房等四个部分。

 

    3.1反应堆厂房起重设备反应堆厂房起重设备包括环行起重机和装卸料机。

 

    3.1.1环行起重机环行起重机位于核反应堆安全壳厂房的顶端，在环形轨道上运行，由工作小车、安装小车、桥架、旋转机构和水平轮、环轨环梁及电控设备等组成（见），主要功能如下：在核电站安装设备期间（电站建设期），该设备用于吊运蒸汽发生器、反应堆压力容器、稳压器、下部堆内构件和上部堆内构件以及其他设备。

 

    在核电站运行期间反应堆正常工作或停堆时），它用于反应堆停堆换料和反应堆厂房内设备维修所需的各种吊运服务。

 

    环行起重机环行起重机起重量根据地面设备重量及临界载荷重量来决定，例如217+190t、406t、320/35/5t等，起重量随核电站容量和形式的变化而变化，该设备是核电站中联合起吊重量*大的起重设备。在电站安装设备期间，有时需要两台小车工作小车和安装小车）联合作业，用来吊运蒸汽发生器和反应堆压力容器。安装小车主要用于安装重型部件，通常，多台核电机组共用一台安装小车，在电站运行期间拆下单独存放。

 

    环行起重机在电站运行期间要吊运的*犬临界载荷“是压力容器顶盖。所谓临界载荷，即能够直接或间接引起放射性释放的操作载荷。环行起重机下方中心位置是反应堆堆心，运行所需的所有燃料组件均安装在堆心压力容器内部，环行起重机起吊载荷时一旦出现故障对堆心的损害后果非常严重，因此其可靠性至关重要。

 

    虽然环行起重机是一个与核安全无关（非LS级）的设备，但在设计上，设计人员往往将临界载荷的坠落作为一个严重的潜在事故考虑，因此，在功能上按单一故障保护设计。尽管环行起重机属非抗震类设备，但对它有特殊的抗震要求，在地震发生期间和之后要保证持住载荷，保持其机电设备的完整性，起重机的运动不会对建筑外壳及其上的设备产生任何破坏。地震后起重机可进行修复，恢复正常使用。

 

    装卸料机装卸料机安装在反应堆安全壳中部，由大车、小车、提升机构、固定套筒和伸缩套筒，以及燃料组件抓具、自动定位系统、辅助提升机构和电气控制系统等部分组成。装卸料机在反应堆堆心和转运装置倾翻架区间运行，主要有以下功能：在反应堆首次装料和换料时装卸燃料组件；在堆芯与燃料转运装置之间运输燃料组件；辅助提升机构可操作专用工具对控制棒组件和其他对象进行操作，或当主提升失灵时，使用专用工具对燃料组件进行操作；借助在线啜吸装置，进行辐照燃料组件破损检查。

 

    装卸料机起重量为2t，除主起升机构外，还有一个2t的辅助起升机构，是核电站燃料操作与贮存系统的关键设备之一，也是核电站中设计和加工制造难度*大、结构*复杂的起重设备，与人桥起重机、转运装置和辅助起重机共同构成PMC系统（见），即燃料操作与贮存系统。当主起升机构失效时，2t辅助起升机构可挂上专用吊具操作燃料组件。提升机构、固定套筒、伸缩套筒、抓取机械手及电控系统是装卸料机的核心。装卸料机操作燃料组件时是在水下操作，其相应部件如固定套筒、伸缩套筒、抓取机械手和钢丝绳等均为不锈钢材料。为了在断电或设备出现故障的情况下，能完成正在进行的操作，除辅助起升装置外，各机构均设有手动装置。

 

    装卸料机吊运的燃料组件为"临界载荷"，该设备属于非承压设备中核安全级设备、1I类抗震设备，在安全停堆地震：SSE）引起的荷载作用下必须保持其完整性，不得有零部件掉落。

 

    燃料厂房起重设备燃料厂房通过一个可以封闭的通道与反应堆厂房相连，燃料厂房的起重设备用来运输、贮存燃料组件或乏燃料组件。

 

    PMC系统1.装卸料机2.人桥吊3.辅助吊4.转运装置注：A为反应堆厂房，B为燃料厂房。

 

    3.2.1乏燃料容器起重机乏燃料容器起重机位于燃料厂房的设备吊装口、容器准备井和容器装载井的上方。由小车、大车和桥架，以及小车驱动机构、大车轨道、水平轮和吊具等组成；见）。该起重机主要用于乏燃料运输容器的接受、装载和发送的吊运工作。

 

    乏燃料容器起重机起重量为130t，小车靠近桥架一侧，为了将小车与下面容器运载车辆的中心线调整一致，使小车能在一定范围（±动，也为了优化设备，桥架按梯形结构制作。大车由三个车轮组成，1/3驱动。

 

    130t乏燃料容器吊车是一种与核安全无关非LS级）的设备，但由于在操作过程中容器可能掉落，影响乏燃料贮存水池和乏燃料贮存格架的安全，因此在设计上应将容器掉落作为一个严重的潜在事故考虑，对起升机构应设置单一故障保护。虽然乏燃料容器吊车属非抗震类设备，但对它也有特殊的抗震要求，应考虑在发生安全停堆地震；SSE）时，乏燃料容器吊车能防止容器掉落等。

 

    燃料池起重机燃料池起重机俗称人桥吊，是PMC系统设备之一，位于燃料厂房的乏燃料贮存水池的上方，在转运装置、燃料转运舱闸门、新燃料升降机、乏燃料贮存格架及破损乏燃料贮存小室等区域运行。人桥吊只用于堆芯装卸料，主要由小车、大车、桥架、人桥平台、大车轨道及水平轮等组成见），其功能如下：用悬挂在吊钩上的长杆工具，在各种不同高度位置操作燃料组件包括水下）；吊装和转运新燃料组件和乏燃料组件；更换或抽插控制棒组件和阻力塞组件；适应于各种工具的更换操作；接近装在乏燃料池内的设备。

 

    操作人员可以在人桥平台上用悬挂在吊钩上的长杆式专用工具操作燃料组件。人桥吊起重量为2t，其提升机构与装卸料机相同，是由不锈钢制作的。为了在断电或设备出现故障的情况下，能够完成正在进行的操作，人桥吊各机构均设有手动装置。

 

    人桥吊吊运的燃料组件为临界载荷“，该设备属于非承压设备中核安全级设备、1I类抗震设备，在安全停堆地震SSE）引起的荷载作用下必须保持其完整性，不得有零部件掉落。

 

    转运装置转运装置位于燃料厂房和反应堆厂房内，是核电站中**跨越两个厂房的起重设备。它主要由倾翻起升机构、小车驱动机构、阀门开启机构，以及紧急装置、倾翻装置、燃料厂房辊道、反应堆厂房辊道、转运小车、转运容器和转运通道等组成见），主要有以下功能：在燃料厂房和反应堆厂房之间转运燃料组件；闸阀的关闭和开启操作，可确保当需要时可以将换料水池与转运舱隔离。

 

    转运装置大多数部件在12m深的水下，燃料转运的所有主要动作也都在水下进行，因此对转运装置的可靠性、材料等要求较高，转运装置的主要部件均用不锈钢制作，转运装置各机构均设有手动装置。

 

    转运装置运送的燃料组件为临界载荷“，该设备在非承压设备中属于核安全级设备、1I类抗震设备，在*大运行应力和安全停堆地震；SSE）产生的组合应力作用下不得失效，不得有零部件掉落。

 

    辅助起重机辅助起重机与人桥吊均位于燃料厂房的乏燃料贮存水池的上方，与人桥吊共用套轨道。该机在新燃料运输容器贮存和操作区、新燃料检查装置、新燃料贮存格架、新燃料升降机及乏燃料运输容器装载井闸门等区间运行。辅助起重机主要由工作小车、安装小车、大车、桥架及水平轮等组成，具有以下功能。

 

    燃料厂房中沿三个方向；X、Y、Z）水上操作新燃料组件及其容器；在核电站运行阶段，辅助吊车用于吊运新燃料组件和新燃料运输容器及其支架；装上专用操作工具进行乏燃料容器装卸等辅助操作。

 

    辅助起重机工作小车起重量10+5/2t，5t主钩用于吊运新燃料容器，2t副钩配合新燃料抓具操作新燃料组件。安装小车起重量为10t，在核电站建造阶段，用于吊运和安装乏燃料贮存格架，与多台机组共用，在电站运行时拆下保存。辅助起重机除安装小车外，各机构均设有手动装置。

 

    辅助起重机工作小车吊运的组件为“临界载荷”，该设备在非承压设备中属核安全级设备、1I类抗震设备，在安全停堆地震：SSE）引起的荷载作用下必须保持其完整性，不得有零部件掉落。

 

    3.3反应堆设备闸门区起重机设备闸门区是核电站建造、维修期间以及在电站退役阶段吊运大型设备和维修设备等的通道。3.3.1龙门架起重机龙门架起重机位于反应堆厂房外，正对设备闸门龙门架上，由起升机构、运行机构、门型车架、轨道及锚定装置等组成见）。其主要功能是吊运压力容器、蒸汽发生器和稳压器等重型设备。在电站建造期间，龙门架起重机将需要运送的设备从地面起吊至一定标高的运送车辆上，以便运入反应堆厂房进行安装。

 

    龙门架起重机属于室外用常规起重机，起重量―般为380t.由于吊运的设备非常重要，其起升机构钢丝绳缠绕采用冗余设计。通常，多台核电机组共用一台龙门架起重机，即当一台核电机组的吊运工作安装结束后，便可将其拆下供另台核电机组使用，使用完成后单独贮存。该设备是与核安全无关的设备，也不用做抗震方面的考虑。

 

    3.3.2龙门架低跨小车起重机龙门架低跨小车起重机位于反应堆厂房外设备闸门龙门架起重机的下方，低跨小车由起升机构、运行机构、车架、葫芦及轨道等组成（见），主要用于反应堆停堆换料及检修期间，在±0.00m标高的地面和+20.00m标高的操作平台之间吊运螺栓拉伸机和主泵电机等设备；在反应堆建造和运行期间也可吊运其他设备。

 

    龙门架起重机属于室外用常规起重机，起重量―般为70/5t，因为吊运的设备比较重要，起升机构钢丝绳缠绕采用冗余设计，平时停放在反应堆厂房外设备闸门处高架的防护棚内。

 

    龙门架起重机是与核安全无关的设备，在核安全分级中属非抗震类设备，但应进行必要的抗震计算，保证在发生地震时起重机零部件不掉落、不产生飞射物或撞击安全壳。

 

    常规岛用起重设备核电站中安装汽轮发电机组及其辅助系统以及其他有关设备的厂房、构筑物、设施统称为常规岛。常规岛可分为汽轮发电机厂房、主控制室及输配电厂房等。

 

    在每个汽轮机大厅内安装有两台桥式起重机，用于在安装以及维修期间为整个主厂房内的汽轮发电机组及其辅助设备提供吊装服务。

 

    该起重机起重量一般为200/30t，两台起重机可以进行机械和电气连接，用于联合抬吊380t重的发电机定子。起重机主钩和副钩能同时工作，副钩表1核电站中起重设备分级分类起重设备安全等级抗震类别质保等级备注机械环行起重机NC级N0Q2级（主要部件）乏燃料容器起重机NC级N0Q2级装卸料机LS级11Q2级转运装置LS级（核安全2级）11Q2级（Q1级）括号内为转运通道人桥吊LS级1IQ2级辅助吊LS级11Q2级NC级NOAQ3级安装小车龙门架起重机NC级NOQ3级低跨小车起重机NC级NOQ3级汽轮发电机厂房起重机：200/30t）NC级NOAQR1级热机修车间起重初（70/5t）NC级NOQ3级热机修车间起重初（55/5t）NC级NOQ3级电环行起重机NC级NOQ2级（主要部件）乏燃料容器起重机NC级NOQ3级装卸料机NC级NOQ3级转运装置NC级NOQ3级人桥吊NC级NOQ3级辅助吊NC级NOQ3级龙门架起重机NC级NOQ3级低跨小车起重机NC级NOQ3级汽轮发电机厂房起重机：200/30t）NC级NOQR1级热机修车间起重初（70/5t）NC级NOQ3级热机修车间起重初（55/5t）NC级NOQ3级注“表示该设备有特殊的抗震要求或进行必要的抗震计算”A“表示该设备只需要设置抗震反钩。

 

    （下转第20页）应能协同主钩倾翻或翻转起吊构件。该起重机属于常规起重机，但设计时应考虑使用环境的特殊性适变参数PID控制器单位阶跃响应5结论从以上的分析可以看出，变参数PID控制器由于各个参数随着误差信号e的变化而变化，所以适应能力更强。能够得到比一般的不变参数PID控制器更优的结果。因此应用到工程实践中可得到更好的控制效果。