学文网【摘要】 重点介绍了WD550固定式桅杆起重机的技术性能参数、构造特点及采用的多项技术和创新点。本起重机满足核电机组的吊装要求,可以为核电厂建设提供高效的帮助。
【关键词】 固定式桅杆起重机;核电机组的吊装
一、概述
WD550固定桅杆式起重机,是武桥重工集团股份有限公司专为山东海阳核电厂一期2×1250MWe级核电机组的大件吊装设计制造的专用起重设备。该起重机的额定起重量为550t,重载起升速度为1m/min,空载起升速度为2m/min,起升高度在码头面上为34m,在码头面以下为7m,起升卷扬机为一组双联卷扬机。该机的变幅卷扬机也是一组双联卷扬机,变幅速度为2m/min。起重机主要由吊臂、吊臂铰座、三角架、起升机构、变幅机构、电气系统及安全装置等组成。设计使用寿命30年。
二、主要技术参数
利用等级:U4
载荷状态:Q2
工作级别:A4
最大起重量:550t
最大起重力矩:550t×37m
工作幅度:8.5m～45m
起升高度:-7～+34m
(以码头平面为基准)
起升速度:
满载:0～1m/min
空载:0～2m/min
变幅速度:0～2m/min
计算最大风速:
非工作状态:55m/s
工作状态: 20m/s
相对湿度: 0～100%
工作环境温度: -25℃～+35℃
整机电源:三相四线制430kW ;380V ;50Hz
整机重量:468t
使用寿命:30年
三、主要构造
本机由金属结构、工作机构、卷扬机房、司机室、梯子平台等组成。结构有吊臂、三角架和前后铰座;工作机构有起升和变幅机构。该机结构设计合理,机构运行平稳,操作方便准确。
1.金属结构。本机金属结构安全、可靠、耐用。满足在各种工况下的强度、刚度、疲劳、局部稳定性、整体稳定性和抗倾覆稳定性要求。吊臂和三角架结构简单,受力明确,传力直接,最大程度上减小应力集中。所有的钢板、型材在焊接前经过平整和表面喷丸除锈处理,板材的下料采用自动切割机成形。
(1)吊臂及吊臂铰座。吊臂采用钢箱梁三角形臂架,吊臂总长52.26m,总重131.4t。在臂头安装有起升转向滑轮、起升定滑轮组、变幅滑轮组。吊臂外形简洁明快,没有外凸的节点零件,受力合理。臂头变幅定滑轮组及起升定滑轮组均分为两排,便于维护时装拆滑轮轴,其次,在集中时,减少单个轴的长度,保证了油路末端的油压,使油能到达每片滑轮轴承。另外,在每片滑轮的侧边,均加装侧向油孔,便于对单个滑轮的轴承进行流油。吊臂臂头主要由上下盖板和内外耳板及腹板构成。吊臂臂头上部主要受拉,受拉上盖板采用一块整板,避免焊接,盖板挖孔后耳板插入焊接,承力焊缝为剪力焊缝。同时,为了减轻臂头重量,在保证强度的条件下,内部耳板均挖孔且减薄。当定滑轮组受力时,能够直接通过腹板将力传递给主结构。吊臂头部设有水密门,可以进入箱体内部对结构进行检查,另外半封闭的结构形式能减少水汽等的腐蚀,提高结构使用寿命。吊臂铰座结构形式为钢板拼接成的底座,吊臂与前铰座之间采用大销轴连接,销轴材料采用42CrMo锻件,其轴套采用铜套。前铰座和预埋在码头上的锚固件焊接成一个整体。
(2)三角架及后铰座。三角架由前撑杆、后拉杆、上横梁等构成。三角架的前撑杆铰点设在距吊臂铰点1.5m处,与吊臂共用前铰座,使水平力部份得以抵消。三角架前撑杆的铰点和后拉杆的铰点距离为18 m,后拉杆通过后铰座锚固在码头平面上,后座横向距离为8m。三角架由钢箱梁组成的三角形门架结构,横梁采用箱型结构,三角架后拉杆与后铰座间采用销轴连接,销轴材料为42CrMo锻件,三角架顶部安装变幅定滑轮组、主钩导向滑轮组、变幅平衡滑轮。三角架架总重约为142.3t。
2.机构。本机能做起升和变幅动作。起升和变幅机构不能同时进行作业,采用电气互锁。起重机各机构起动、制动加速度完全能满足核电站重大件对运输状态的水平、垂直加速度的安全要求。机构启动时,速度逐渐递增,最高速度为额定速度,加减速度时间由PLC控制。机构制动在速度几乎为零时,制动器制动,保证工作安全平稳。起升机构和变幅机构等主要驱动机构均采用交流变频电机。各相关的机构设置必要的联锁及安全保护装置。吊臂在起升的最大角度时,重大件与吊臂之间保留安全距离。
(1)起升机构。起升机构由起升卷扬机、滑轮组、吊钩等组成。卷扬机采用一台变频电机驱动一台双出轴减速机,减速机的两输出轴各通过一级开式齿轮分别驱动一个卷筒,一根钢丝绳通过平衡滑轮在起升机构定、动滑轮间作14×2倍的缠绕,钢丝绳的两端通过转向滑轮分别进入起升卷扬机的两个卷筒,钢丝绳额定拉力为25.5t×2,电机功率为132kw,吊钩起升速度1.0m/min,卷筒容绳量为610m×2,采用标准绳槽。电机为ABB公司的M3BP355***A-8交流变频电机。减速机型号为ML3PSF80,系SEW公司产品,为双输入/输出轴设计,其一个输入轴通过鼓型齿式联轴器接变频电机,两输入轴各接一个型号为YP31-2500的制动器,每一输出轴各带一级开式齿轮分别驱动一个卷筒。
起升机构设置三套常闭式制动器,减速机的输入轴上装设一个运行制动器和一个紧急制动器,该制动器为电力液压盘式制动器。低速轴的卷筒上装设一套(两个)安全制动器,其型号为SBD250,为液压钳盘式制动器。在正常工作时,电动机运行前先将紧急制动器和卷筒安全制动器打开,当两套制动器完全打开后给主电机发出指令,主电机开始运行,当电动机的扭矩建立并达到要求时工作制动器打开,关闭时先电气制动后再由工作制动器机械制动,当电动机完全停止运转后紧急制动器和安全制动器再关闭。电路中设有紧急停止,当发生故障或其它原因需要紧急停止时,按下急停按扭三套制动器同时动作,保证整过机构的安全,如系统检测发现非正常(超载、超速等)工作报警会自动停止运行并紧急制动。系统中还设有过、欠缠绕保护装置,控制提升高度的上下报警和限位。在起升机构中还设有各种安全保护的联锁开关。起升机构在吊臂顶部定滑轮组下加设重锤式高度限位,防止起升机构的高度限位出现故障造成吊钩冲顶。
(2)变幅机构。变幅机构由变幅卷扬机、三角架上的定滑轮组、吊臂头部的动滑轮组、钢丝绳和平衡滑轮组成。变幅卷扬机采用两台变频电机驱动一台双出轴减速机,减速机的两输出轴各通过一级开式齿轮分别驱动一个卷筒,一根钢丝绳通过平衡滑轮在变幅机构定动滑轮间作20×2倍的缠绕,钢丝绳的两端通过转向滑轮分别进入变幅卷扬机的两个卷筒,钢丝绳额定拉力为27.0t×2,电机功率为132kw×2,臂头动滑轮组移动速度1.422m/min,卷筒容绳量为840m×2,采用标准绳槽。电机为ABB公司的MB3P355***A-8交流变频电机,防护等级为IP55。减速机型号为ML3PSF90E系列SEW公司产品,为双输入/输出轴设计,其每一输入轴通过鼓型齿式联轴器各接一变频电机,两输入轴各接一个型号为YP31-2500的制动器,每一输出轴各带一级开式齿轮分别驱动一个卷筒。
变幅机构设置三套常闭式制动器,减速机的一输入轴上装设一个运行制动器,另一个输入轴装有紧急制动器,该制动器为电力液压盘式制动器。低速轴的卷筒上装设一套(两个)安全制动器,其型号为SBD250,为液压钳盘式制动器。在正常工作时,电动机运行前先将紧急制动器和卷筒安全制动器打开,当两套制动器完全打开后给主电机发出指令,主电机开始运行,当电动机的扭矩建立并达到要求时工作制动器打开,关闭时先电气制动后再由工作制动器机械制动,当电动机完全停止运转后紧急制动器和安全制动器再关闭。电路中设有紧急停止,当发生故障或其它原因需要紧急停止时,按下急停按扭三套制动器同时动作,保证整过机构的安全,如系统检测发现非正常(超载、超速等)工作报警会自动停止运行并紧急制动。系统中还设有过、欠缠绕保护装置,控制变幅角度的报警和限位。
(3)起升机构及变幅机构安全装置。A、最大起升高度前的减速限位器;B、最大起升高度时的自动停止限位开关;C、极限起重高度重锤限位器;D、最低位置前的减速限位器;E、最低位置时的自动停止限位开关;F、超负荷报警装置:Ⅰ.起升负荷达90%额定值时,司机室内灯光显示,提示操作司机不要超载;Ⅱ.起升负荷达100%额定值时,灯光显示和声音报警,提示操作司机不要超载;Ⅲ.起升负荷达到额定负荷的110%时,灯光显示和声音报警,延时断,停止起升,但允许向安全方向运行,延时断电后一次性锁定,当载荷信号降至95%额定起重量极限位以下,才恢复各机构正常运行。G、起升和下降超速保护装置;H、超速保护装置;I、防桅杆臂架后倾装置。
四、关键技术及创新点
由于本起重机是用于核发电机组的吊装工作,使用场合比较特殊,吊运物品具有很高的安全要求,在起重机设计之初就把起重机能够更加安全、可靠、稳定的工作运行作为主要的研究课题。在设计中采用了以下的关键技术和创新点:(1)结构设计选用了比价简单明确的受力模型,并采用ANSYS有限元软件对整机结构进行计算和优化,力求使结构受力明确,避免应力集中,并对结构进行了屈曲稳定性分析,计算时不仅考虑了正常工作工况,还考虑了安装、维修工况以及飓风和地震对结构的影响。(2)采用了先进的安全保护系统;包括制动器管理、急停保护、超速保护、超程保护、电机保护、载荷承重与力矩保护、恒功率升速给定和大风报警。(3)起重机设置了详细的故障检测分析系统和防误操作系统,能够高效快捷的反应起重机的故障情况和避免起重机因误操作引起的安全事故。
五、结语
目前,WD550固定式桅杆起重机已经完成了设计和厂内制造工作;并且通过了业主的出厂验收。现正进入现场安装试验阶段,即将投入使用。WD550起重机是国内第一台运用于吊装AP1000型核电机组的桅杆式起重机,设计上采用了先进的设计理念,并且根据实际运用的需要,提供了设计安全要求,符合核电行业的高标准安全要求。
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