反应堆厂房内部结构建造过程中成品保护用旋转式顶盖

摘要

一种反应堆厂房内部结构建造过程中成品保护用旋转式顶盖，其中支撑结构和钢制安全壳的筒体连接形成整体，夹具上部设置小型箱型梁，该小型箱型梁作为铺设盖轨道的基础；环形桁架沿钢制安全壳的筒体的上口设置，由盖轨道支撑，可在盖轨道上转动，主桁架呈拱形，包括两纵梁以及两纵梁之间的固定模块；两纵梁上铺设有天窗轨道，内、外侧活动天窗可在天窗轨道上活动，内侧天窗和外侧天窗可重叠在一起；膜材在环形桁架、固定模块、内侧活动天窗、外侧活动天窗以及桁架梁上分别铺设；顶盖整体驱动系统使顶盖结构整体在盖轨道上转动，天窗驱动系统使内、外侧活动天窗在对应的天窗轨道上活动；控制系统控制所述动力系统。

说明书

技术领域

本发明涉及反应堆厂房内部结构建造过程中成品的临时保护装置。

背景技术

AP1000型核电站是由美国西屋公司研发的一个二回路百万千瓦级的压水 堆核电站，为全球的第三代核电技术。AP1000型核电站的反应堆厂房采用双 层安全壳结构，内层是钢制安全壳（简称CV），外层是钢筋混凝土筒体墙， 内外壳之间的净距为1.341m。安全壳是由40～48mm厚的钢板焊接而成，外 形为圆筒形，直径为39.6m，底部与顶部为球缺形状，底部为底封头（简称 CVBH），中部的圆柱形筒体分成了四段圆环（简称CV1#\CV2#\CV3#\CV4#）， 顶部为顶封头（简称CVTH），总高度约为65.6m容器结构。筒体墙为围绕安 全壳的环形结构，由内径42.367m，厚度914mm的圆柱形混凝土墙以及穹顶 组成。反应堆厂房内部为核电站的心脏部位，安装大量重要设备、模块及其他 安装物项。其中包括一台反应堆压力容器、两台蒸汽发生器、四台主泵、两台 堆芯补水箱、一台稳压器以及两个环路主管道（二个热段和四个冷段）等。

AP1000型核电站反应堆厂房建造与目前国内外其他已建核电站的建造过 程相比，存在着较大的区别，主要是模块化设计理念导致现场采用模块化施工， 模块化施工大量的引入，由此带来了施工技术、施工计划安排与施工组织等一 系列巨大变化，主要为反应堆厂房内部采用模块化施工、开顶法施工、土建/ 安装平行施工三大特点。

模块化施工：模块化施工技术就是将功能相同的土建结构子单元，或连同 其他设备、管道、电气、仪表以及钢结构等按照施工逻辑关系组装成一体，在 专业化制造厂进行预制和拼装，进行最大程度的集成。然后将拼装后的模块运 至现场指定区域，利用吊装设备吊装到厂房安装位置，最终整体调整就位。模 块化施工的引入带来了施工技术、施工计划安排与施工组织等一系列巨大变 化，从根本上改变了传统的建造模式，由过去施工现场劳动密集型转向为工厂 化的集约型建造模式。模块的范围覆盖了传统的土建与安装领域，同一模块里 同时具有传统土建和安装的物项，因而淡化了土建与安装的界限，使土建和安 装的接口增多，相互协作要求更加紧密。

开顶法施工：与传统压水堆核电站反应堆厂房施工方式相比，AP1000型 核电站反应堆厂房内大型设备，都采用“开顶法”吊装，即反应堆厂房安全壳 顶盖（CVTH）就位之前，用大型吊车将重型设备在厂房外吊装，翻转竖立， 然后越过反应堆厂房穹顶实现设备的就位，待反应堆厂房所有重型设备和大型 模块就位后再进行反应堆厂房穹顶施工。这种施工方法需要更多的使用大型吊 装设备，在施工中需要土建/安装在计划安排、吊车使用、CV内部成品保护等 方面密切协作。

土建/安装平行施工：AP1000采用模块化施工技术，模块的范围覆盖了传 统的土建与安装领域，同一模块同时具有传统土建和安装物项，使现场施工逻 辑顺序也发生了根本性变化，由传统核电建造先土建、后安装，转变为土建、 安装平行交叉施工，使得场外模块预制与现场建造成为两条并行的施工主线。 同时，安装与土建几乎同时开始进行施工，在CVBH就位之前就开始进行反应 堆厂房CV内部的模块预制工作，土建和安装的接口增多，以往核电建造中土 建与安装的明显界限变得逐渐模糊，同时使得安装和土建的绝对施工工期都相 应地加长。反应堆厂房在同一工作面同时施工，既不是土建与安装在不同工作 面的平行/交叉施工，也不是在某一阶段以谁为主的施工，而是土建安装在核岛 同一区域按照各自细分的小工序打乱后重新排列施工，因此土建与安装的接口 是以小工序为基础的全面的接口。

由于采用模块化、开顶法、土建/安装平行施工的工艺特点，导致反应堆厂 房CV顶部长时间无遮盖，在反应堆厂房CVTH就位之前的整个CV内部结构 建造过程中需要对其各种安装到位的物项进行成品保护。

但在多重苛刻的限制条件下，在现场有限的空间基础上，设计出成品保护 装置，达到成品保护效果，成为AP1000反应堆厂房成品保护的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应堆厂房内部结构建造过程中成品保护用旋转 式顶盖。

为实现所述目的的反应堆厂房内部结构建造过程中成品保护用旋转式顶盖，其 特点是，包括支撑结构、顶盖结构、动力系统以及控制系统；支撑结构包括设置在 钢制安全壳上的环吊箱型梁上的多根立柱，各立柱上端和钢制安全壳的筒体上口采 用夹具连接以使支撑结构和钢制安全壳的筒体连接形成整体，夹具上部设置小型箱 型梁，该小型箱型梁作为铺设盖轨道的基础；顶盖结构包括环形桁架、主桁架、桁 架梁、内侧活动天窗、外侧活动天窗以及膜材，环形桁架沿钢制安全壳的筒体的上 口设置，由盖轨道支撑，可在盖轨道上转动，主桁架呈拱形，包括在主桁架的长度 方向设置的两纵梁以及两纵梁之间的固定模块，两纵梁的端部分别连接在环形桁架 上；两纵梁上分别铺设有支撑内侧活动天窗的第一天窗轨道，和支撑外侧活动天窗 的第二天窗轨道，内侧活动天窗可在第一天窗轨道上活动，外侧活动天窗可在第二 天窗轨道上活动，内侧天窗和外侧天窗可重叠在一起；桁架梁在主桁架的两纵梁外 侧至环形桁架之间分别连接；膜材在所述环形桁架、固定模块、内侧活动天窗、外 侧活动天窗以及桁架梁上分别铺设；动力系统包括顶盖整体驱动系统以及天窗驱动 系统，顶盖整体驱动系统耦接于环形桁架，以使顶盖结构整体在盖轨道上转动，天 窗驱动系统耦接于内侧活动天窗和外侧活动天窗，以使内侧活动天窗和/或外侧活 动天窗在对应的第一天窗轨道、第二天窗轨道上活动；控制系统，耦接于所述动力 系统，以控制所述动力系统。

所述的旋转式顶盖的较佳实施例中，内侧活动天窗、外侧活动天窗可移动至固 定模块的上侧并露出主桁架的最高点。

所述的旋转式顶盖的较佳实施例中，所述夹具包括焊接在立柱上端的水平钢板 以及在焊接在水平钢板下方的位于钢制安全壳的内外侧的竖直钢板，多组螺栓穿过 竖直钢板和钢制安全壳的筒体的上口，并借助于螺母将夹具紧固于钢制安全壳筒体 的上口。

所述的旋转式顶盖的较佳实施例中，所述环形桁架是通过自适应承载系统与所 述小型箱型梁上的盖轨道的配合，该自适应承载系统包括机架、在机架中心可滚动 设置的承载轮，在机架两侧分别设置的反钩轮以及借助于滑动轴销连接于机架的连 接法兰，该承载轮置于在该盖轨道上可滚动，该反钩轮位于该盖轨道的下侧且位于 该小型箱型梁的上部凸缘的下侧，该反钩轮和该小型箱型梁的侧壁外侧滚动配合， 所述环形桁架是连接在所述连接法兰上。

所述的旋转式顶盖的较佳实施例中，所述顶盖整体驱动系统包括连接法兰，在 连接法兰两侧设置出的悬臂，连接悬臂并位于悬臂下侧的机架，机架上安装有动力 单元以及由动力单元驱动的摩擦动力轮，摩擦动力轮能与所述小型箱型梁的侧壁外 侧滚动配合，所述环形桁架安装在连接法兰上。

所述的旋转式顶盖的较佳实施例中，所述天窗驱动系统为固定设置在主桁架上 的电机以及连接电机和第一天窗或第二天窗的链条传动机构。

本申请发明人在另一件专利申请中提出过固定式临时顶盖，其存在一些不 足：如CV内部空间频繁变换作业区域，为了配合其施工需要，结合现场实际 天气情况，需要频繁开启或关闭临时顶盖，开启关闭顶盖的工作量大，工作时 间较长，给核岛工程的穿插作业带来了一定的工期损耗；为了满足结构强度， 膜体与结构连接采用压板式，连接强度虽较好，但安装及拆卸费工费时，结构 的可拆卸性不适合频繁的拆卸和安装；钢构件为桁架式结构，故在主桁架结构 下方存在吊装盲区；膜体划分单元大，导致膜体重量大，在高空进行收拢与 展开时人工操作难度大、时间长；由于环形桁架高出CV4#4.5m，2600t履带吊 在吊装CMT\2#SG时，吊臂与环形桁架冲突，需要拆除主桁架和部分环形桁架； 可拆卸膜体数量多、活动边界多，频繁拆安后节点防水性能降低，易渗漏；因 单片膜体面积大，钢索设置过多，致使安装拆卸不方便；为了克服上述不足， 发明人提出的前述旋转式顶盖，可以通过传动装置将顶盖绕CV中心转动，顶盖 及其天窗区域的结构适合于设立控制系统可实现自动化操作控制，避免日常吊装时 对顶盖结构的频繁拆卸。

附图说明

图1是反应堆厂房内部结构建造过程中成品保护用旋转式顶盖的立体图。

图2是反应堆厂房内部结构建造过程中成品保护用旋转式顶盖的内侧活动天 窗打开时的平面图。

图3是反应堆厂房内部结构建造过程中成品保护用旋转式顶盖的内、外侧活 动天窗都打开时的平面图。

图4是沿图3中A－A线的横截面图。

图5是沿图3中B－B线的横截面图。

图6是反应堆厂房内部结构建造过程中成品保护用旋转式顶盖的支撑结构的 横截面图。

图7是支撑结构中自适应承载系统的主视图。

图8是支撑结构中自适应承载系统的立体图。

图9是顶盖整体驱动系统的主视图。

图10是顶盖整体驱动系统的立体图。

图11是控制系统的控制原理的流程图。

具体实施方式

在发明的一实施例中，旋转式顶盖采用空间结构体系，将钢结构作为骨架构成 支撑结构，膜材固定在钢结构上部作为挡雨材料，整个顶盖呈拱形球面形状，直径 为39.712米，整个顶盖从环吊梁到顶部整体高度为12.815米，其中CV4环下部 高4.935m，高出CV4环顶部为7.88m，膜体展开面积为1530平方米，结构总重 约为260吨。顶盖可以通过传动装置将顶盖绕CV中心转动。顶盖及其天窗区域 均设立控制系统可实现自动化操作控制，避免日常吊装时对顶盖结构的频繁拆卸。 整体结构分为支撑结构、顶盖结构、动力系统、控制系统四个部分组成。下面结合 附图对本发明的实施例进行详细的说明。

在图1中省略了膜体，而在图2、图3中的阴影区域铺设有膜体。图4、图5 是顶盖处理全关闭状态下的截面图。

旋转式顶盖的支撑结构包括但不限于46根组合立柱10等距安装在环吊箱型 梁6，环吊箱型梁6是固定设置在CV4的内侧，组合立柱10的底部和环吊箱型梁 6之间采用焊接柱脚板配合高强螺栓连接。每一根组合立柱10与CV4#上口均采 用夹具11固定。如图6所示，夹具11包括水平钢板102以及两竖直钢板104、 103，两竖直钢板104、103位于CV4#上口的内外侧。水平钢板102与组合立柱 10的上端焊接，螺栓105穿过竖直钢板104、103以及CV4#上口的壁体，然后 再通过螺母紧固，这样夹具11、组合立柱10以及CV4#上口就连接成一个整体， 这样就可以确保支撑结构的强度。

夹具11上部由四块钢板焊接小型箱型梁12，箱型梁12作为铺设盖轨道13 的基础。

回到图1，顶盖结构包括环形桁架21、主桁架22、桁架梁23、天窗26、25、 膜材及其他附属构件。环形桁架21其环绕方向与CV4#上口的环绕方向差不多， 其作为顶盖的周向边缘。主桁架22包括在其长度方向设置的纵向梁以及连接在两 纵向梁之间的固定模块24，固定模块24也可以是桁架结构，其用于铺设膜体，主 桁架22的两纵向梁之间除固定模块24之外为空的区域，构成吊装孔洞，天窗26、 25就是用于覆盖该吊装孔洞，天窗26在关闭状态下位于天窗25的内侧，为了区 别，天窗26称为内侧天窗26，天窗25称为外侧天窗25。在主桁架22的两纵向 梁上设置有第一天窗轨道（图中没有示出）用于支撑内侧天窗26，还设置有第二 天窗轨道（图中没有示出），用于支撑外侧天窗25。内侧天窗26可在第一天窗轨 道上滑动，相应地，外侧天窗25可在第二天窗轨道上滑动。如图2所示，内侧天 窗26通过电机或者其他动力单元借助于链条机构而被驱动沿第一天窗轨道移动， 移动到固定模块24上方，露出吊装孔洞，若被吊装的设备还不能通过吊装孔洞， 则再借助于动力单元驱动外侧天窗25沿第二天窗轨道移动到内侧天窗26的外侧， 如图3所示，露出更大的吊装孔洞。如图3所示的吊装孔洞再结合后述的顶盖的 旋转运动，使CV内部无吊装盲点，满足内部吊装物项要求。

如图7和图8所示，支撑结构还包括自适应支撑系统，该自适应承载系统包 括机架14、在机架14中心可滚动设置的承载轮143，在机架14两侧分别设置的 反钩轮144以及借助于滑动轴销142连接于机架14的连接法兰141，如图6所示， 该承载轮143置于在该盖轨道13上可滚动，该反钩轮144位于该盖轨道13的下 侧且位于该小型箱型梁12的上部凸缘121的下侧，该反钩轮144和该小型箱型梁 12的侧壁123外侧可滚动配合，环形桁架21是连接在连接法兰141上。

天窗25、26也可以采用前述自适应承载系统由相应的天窗轨道支撑在主桁架 上。

顶盖的动力系统分为顶盖整体驱动和天窗区域的驱动两部分。其中顶盖整体驱 动系统是在顶盖与轨道接触面等间距安装。

如图9和图10所示，顶盖整体驱动系统包括连接法兰15，在连接法兰15两 侧设置出的悬臂151，连接悬臂151并位于悬臂151下侧的机架152，机架152 上安装有动力单元154以及由动力单元154驱动的摩擦动力轮153，摩擦动力轮 153能与小型箱型梁12的侧壁123外侧滚动配合，并借助于摩擦力，产生驱动力， 环形桁架21安装在连接法兰15上。这样，一旦动力单元154启动，顶盖整体驱 动系统将连同顶盖一起沿CV4#上口进行转动，以使吊装孔洞转动到所需要的位 置。除了摩擦动力轮153作为主动轮外，还可以设置多个从动轮连接在环形桁架 21的下侧，与小型箱型梁12的侧壁123外侧滚动配合，起到导向作用。摩擦动 力轮153与侧壁123的接触的压力可以通过一夹紧系统155来调整，夹紧系统155 例如为螺纹结构，通过旋转可调节机架152移动，从而调节前述压力。

天窗区域的驱动，如前所述，主要是通过将驱动电机固定在主桁架的纵向梁上， 并将链条传动机构连接驱动电机和相应的天窗25、26，另外每片天窗区域还配置 4台车档缓冲器。

顶盖的控制系统可以采用工业级计算机作为中央控制器，具有接收操作指令、 执行指令、处理信息、现场测试风速信息及分别控制顶盖、移动天窗单元的功能。 顶盖、移动天窗单元分别采用控制器，接收并执行中央控制器指令、向中央处理器 反馈运行状态、控制电机同步运转等功能。旋转顶盖、天窗滑移系统配置定位锁止 控制设备，在误操作、失控等不可预计的情况下，可以自动报警，并采用FMEA 失效设计，确保安全。其具体的控制原理可参照图11所示的控制流程图。

为了避让2600吨履带吊车的吊臂与顶盖环形桁架冲突，同时还能保证环吊小 车能在CV内部正常运行，需在顶盖环形桁架高度的基础上将环形桁架四周高度降 低。这将导致顶盖的桁架高度将会与环吊小车5（如图4、图5所示，其为CV内 部的固有设备）位置冲突，为了避让环吊小车5在有效运行时不与顶盖冲突，需 要将顶盖天窗25、26打开且环吊小车5只能运行在天窗区域。

旋转式顶盖正常运行分两种情况，第一种是在环吊安装前的运行和环吊安装的 运行。环吊安装前，如果吊装物项在天窗区域，打开内侧天窗或外侧天窗，使用吊 装设备将吊装物项通过天窗区域吊入CV内部，然后关闭天窗。如果吊装物项不在 天窗的覆盖范围内时，打开天窗，然后启动控制系统使顶盖整体旋转，待吊装区域 在天窗范围内时停止旋转，控制系统调至制动状态后方可进行吊装作业。第二种是 在环吊安装以后，由于支撑环吊小车5的环吊梁7可能挡住吊装孔洞，导致吊装 物项不能正常吊装；环吊小车5可能与顶盖的桁架位置冲突，造成顶盖不能正常 运行。当吊装物项处在天窗区域时，需要运行环吊梁和环吊小车对其吊装路线进行 有效避让，然后方能进行吊装。如果吊装物项不在天窗区域时，需要先打开天窗， 驱动环吊环吊运行到环吊梁中部，然后运行环吊梁进行有效避让，然后方能进行吊 装。

截止目前，也曾采用开顶法进行短时间的施工，施工期间使用过钢结构临时顶 盖对反应堆厂房内部进行成品保护。钢结构临时顶盖采用型钢作为骨架结构，骨架 上部铺设压型钢板作为挡雨材料，顶盖上部预留5个吊装孔洞，整个令安装在反 应堆厂房外壳的混凝土屏蔽墙上。部分小型吊装物项从吊装预留孔洞引入反应堆厂 房内部，当大型物项不能从预留吊装孔洞引入时，在吊装该部分物项时，需要将临 时顶盖移开，吊装物项吊装就位后，再将临时顶盖盖上，为反应堆厂房内部提供成 品保护。

AP1000型核电不适合使用钢结构临时顶盖：AP1000型核电站与以往的核电 站堆型不同，建造特点也存在很大的差异。AP1000型核电站堆型特点是各厂房布 局紧凑，反应堆厂房周围施工作业空间非常有限；吊装物项遍布整个反应堆厂房 CV内部，特别是大型吊装物项特别多。与以往的核电相比，AP1000采用土建安 装平行施工，反应堆厂房内部需要频繁吊装各种建筑材料、模块、设备、工机具等 吊装物项，而反应堆厂房内部没有中小型二次倒运吊装设备，所有吊装物项均需要 从CV顶部引入，并且一次吊装到位，依靠从临时顶盖预留吊装孔洞引入和挪开临 时顶盖的形式保证反应堆厂房CV内部的方式是无法保证反应堆厂房内部建造顺 利进行。且采用开顶法施工周期很长，混凝土屏蔽墙施工工期远远滞后CV4#施工 进度，混凝土墙亦在不断的施工过程中，临时顶盖坐落在混凝土筒墙上是无法做到 的，只能在CV4#上安装成品保护装置，由于CV承载能力有限，CV4#上部成品 保护装置的重量就将受到限制。采用钢结构临时顶盖保护装置对AP1000反应堆 厂房CV内部建造过程中进行成品保护是无法满足要求，需要采用新的成品保护措 施对其进行保护。另外由于核岛空间狭小，2600吨履带吊车吊臂在保证吊臂有效 的安全距离正常吊装作业时，吊臂与CV4环有效使用高度仅为2米，而环吊小车 高出CV4#4米（不含环吊小车运行的安全距离），在环吊小车安装到位以后，根 据工程进度安排，仍需要使用成品保护装置对其进行成品保护。如临时顶盖必须有 效覆盖环吊小车，那么临时顶盖的安装高度将不能满足2600吨履带吊车的安全距 离。因此，如何在多重苛刻的限制条件下，在现场有限的空间基础上，设计出成品 保护装置，达到成品保护效果，成为AP1000反应堆厂房成品保护的一大难题。

反应堆厂房从CVBH至CVTH就位整个计划工期横跨26个月，特别是从CV4# 安装完成到CVTH就位期间，实际工期为16个月，横跨两个雨季和一个台风期。 在此期间，CV内部将完成了所有的模块、设备及其他大宗材料的安装，几乎所有 的重要设备均集中在此期间安装就位。而在CVTH就位前，反应堆厂房CV内部 犹如一个露天的蓄水池，CV内部已安装的各种物项将会遭受到阳光的暴晒、雨水 的侵蚀、台风的袭击、积水的浸泡等多种不利自然条件对其产生的不良影响，为了 保护这些物项减少其遭受阳光暴晒、雨水的侵蚀等自然条件对其性能产生不良影 响，让其满足设计状态。必须根据现场有限的基础条件下，采取有效措施对已建成 的物项进行成品保护，跟进工程进度，并且不占用有限的核岛建造工期和施工作业 空间的基础上对反应堆厂房内部结构建造过程中所有物项进行成品保护。

在发明人的试验中，根据前述实施例的AP1000反应堆厂房内部建造过程中 的成品保护装置----旋转式顶盖的使用，满足了反应堆厂房内部建造过程中成品保 护的要求。旋转式顶盖虽然自重为260吨，但整体结构受力均匀，不会对CV结 构造成变形影响；它使用灵活，轨道上部的顶盖采用一次整体吊离，轨道下部支架 拆除方便，不会对核岛主体工程的建造工期造成影响。膜材具有高透光性，在旋转 式临时顶盖全部关闭期间，CV内部光线无需通过照明即可进行正常施工。特别是 对于中心风力达15级台风地区，该旋转式顶盖成功的对反应堆厂房内部进行了有 效保护。旋转式顶盖的有效使用为核岛CV内部建造过程中的成品保护将会发挥着 重要作用，也为CV内部施工创造了有利的作业面，保证CV内部在雨天也能正常 施工，为现场赶工提供有利的条件，为反应堆厂房内部结构建造过程中创造了巨大 的经济效益。

根据本发明的旋转式临时顶盖达到固定式临时顶盖的使用效果的基础上，采用 自动化驱动，运行方便，能有效的配合现场施工，节约大量人力，顶盖运行速度快， 不会占用核岛有限的作业空间。

从前述实施例可以看出，本申请的发明人解决了AP1000反应堆厂房成品保 护的一大难题。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任 何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。