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浙江三門核電站核島鋼制安全殼電腦控制多點同步頂升工程
------- 三門核電站: 全球第一個應用AP1000技術的第三代新型核電站

        核電與火電、水電一起,並稱為世界三大電力支柱,目前核能發電約占全世界總發電量的16%,是當今世界上大規模可持續供電的主要能源之一。隨著全球氣候不斷變暖,“碳經濟”概念也在最近幾年被關注和強化,世界越來越注重可大規模應用的可持續清潔能源。而第三代核電技術的成熟也使人們消除了對核電的安全性等方面的擔憂,由此,世界上掀起了核電建設高潮。

     浙江三門核電站正是在這樣的時代背景下,全球第一個應用AP1000第三代核電技術建造的核電站。

  第三代核電技術應用與特點
 
        由於核電站建設初投資大,因此核電發電成本對建設期的長短非常敏感,現有核電站的建設期太長就成為新建核電站在財務上的主要障礙之一。為此,AP1000將實行一種新的建設模式——虛擬建造技術和模組式建設方式。虛擬建造技術是利用虛擬實境技術的思想將三維工廠設計技術與施工進度計畫管理結合在一起,以實現對AP1000的建造進行視覺化計畫編制和視覺化進度模擬及優化的一項新技術。採用這項技術,能大幅度地提高核電廠施工現場的平行施工能力和工作效率,實現模組化設計和模組化施工,達到縮短AP1000施工工期的目的。但該項技術會受到製造業水準和大型施工機具能力的制約。
  鋼制安全殼精確就位的技術難點
 

        第三代核電AP1000在世界核電的發展史上首次採用了在核反應爐壓力容器外增加鋼制安全殼的新技術,也就是CV技術。鋼制安全殼是第三代核電AP1000核島最為重要的關鍵設備之一,為圓柱形容器,採用模組化理念的鋼制安全殼採用多個殼體模組,分別由中間的圓柱形筒體及上下兩個橢圓型封頭組成(下面的橢圓型封頭稱“底封頭”,上面的橢圓型封頭稱“上封頭”)。鋼制安全殼最大直徑39.624米,總高度65.633米,體積約70000立方米,總重量約3600噸。

        鋼制安全殼底封頭直徑近40米,鋼板厚約42毫米,整體起吊重量達950噸(其中底封頭自重660噸),底封頭就位吊裝就位後由16個地面鋼支柱支撐。由於以下因素的存在,如何才能讓底封頭在16個地面鋼支柱上精確就位成為一個技術難題。
 *  底封頭具有直徑大、自重大、壁薄的特點,整個結構柔性很大,就

位過程中很容易產生結構彈性變形而影響就位精度;
 *  大型起重吊機具備重載起吊的能力,但不具備空間精確就位能力;
 *  底封頭最終就位要求達到1mm的空間定位精度;
 *  底封頭的定位精度決定了整個鋼制安全殼的定位品質。
而這些因素最終成為影響鋼制安全殼底封頭能否順利吊裝並精確就位技術問題的最關鍵問題。 
  多點精確同步頂升技術實現最終精確就位
 
        採用基於“閉環控制”原理的電腦同步控制技術與超高壓液壓技術相結合的多點高精度電腦同步頂升設備最終有效解決重載構件的最終精確就位技術難題,同步頂升技術經過幾十年的發展,已經能夠在具有良好的技術經濟性條件下實現多達99個同步控制點,位移多點同步精度1mm的技術特徵。三門核電站鋼制安全殼底封頭最終選用了32點高精度同步頂升系統實現最終的精確就位。
         底封頭在2600噸重型吊機的起吊下,緩緩地將底封頭下放至16個地面鋼支柱上空的1cm處保持靜止,具有32個同步頂升點的超高壓(70MPa)大噸位油缸在1個電腦同步控制器的控制下,同步頂升“迎接”住底封頭,並將吊車承載的荷載逐步轉移至同步頂升設備並最終釋放大型吊機。根據全站儀的最終就位測量回饋,同步頂升設備通過同步頂升,同步下降,局部頂升,局部下降等操作,在1個小時內實現底封頭根據設計空間就位座標實現毫米級的精確就位。
 
  同步頂升設備及特點
 
         應用於三門核電站的32點同步頂升設備由1台工業級具備32點同步頂升能力,觸控式螢幕操作的同步頂升控制器,3台模組化設計並內置了PLC程式的超高壓同步頂升泵站,32個超高壓大噸位機械鎖緊油缸,多個高精度位移感測器、壓力感測器等控制元件和液壓元件組成。同步頂升設備的32點同步精度為1mm,整體頂升能力為3200噸,採用通訊匯流排控制,集中式觸控式螢幕操作,不但能實現高精度位移同步,而且能實現底封頭整體重量,每個頂升點的單獨頂升重量顯示。該設備還具有獨特的同步頂升“零高度曲面”自動尋找功能以實現真正的重載同步頂升並提高效率。

        作為多年從事基於超高壓液壓的高精度同步頂升控制技術的研發製造商,赫曼已將多點高精度同步控制精度發展到第三代同步控制技術,除了具備常規的99個同步頂升點的實現同步精度1mm的技術特徵外,還能根據工況需要提供三個維度,六個方向的同步位移精確控制,實現多點“力同步”控制。赫曼的第三代同步頂升設備融合了“電腦控制位移同步技術”、“電腦控制力同步技術”、“超高壓液壓設計與製造技術”、“通訊匯流排技術”、“抗干擾無線通訊技術”相關技術,將“模糊控制理論”、“權重分配理論”等相關理論融入設計理念中,並根據設備應用工況特點,採用了“模組化設計與模組化製造”理念,實現複雜工況下高可靠性。

 
         赫曼的第三代同步頂升設備與目前典型使用的第一代和第二代同步頂升設備在多個方面具備以下典型特徵:
 
· 技術性能
 *  多點高精度:同步頂升點可達99個,所有同步頂升點的位移同步精度可達1mm;
 *  三維位移同步:實現構件在三個維度,六個方向的位移精確同步,同步精度1mm;
 *  力同步:可實現同步頂升點的力同步,並實現重量顯示;
 *  大承載力:配合超高壓大噸位油缸,系統整體頂升能力可達幾十萬噸;
 *  匯流排通訊:整套系統採用匯流排通訊,可採用1根有線匯流排通訊,也可選擇無線匯流排通訊;
 
· 設備組成
 *  模組化:
  同步頂升設備分為同步控制子模組,液壓動力單元子模組,液壓執行單元子模組,液壓附件子模組,每個模組都已系列化與標準化;
 *  標準化與通用化:
  同步頂升設備的多個模組採用了赫曼的標準液壓產品,從而為可靠性和經濟性提供基礎;
 
· 適用範圍
 *  適用性廣泛:
  同步頂升系統的模組化和標準化設計使得設備可應用於核電,建築與橋樑,冶金,船舶,海工等多個行業;無論是超大構件同步頂升還是極限高度空間的同步頂升都有相應的設備相適應;
 
· 操作與維護
 *  操作簡單:
  同步設備模組之間採用快插連接,只需簡單培訓即可操作;同步控制器採用WINDOWS系統,操作介面友好並有大量操作提示資訊;
 *  高可靠性:
  採用模組化設計的設備子模組可在工廠進行嚴格的出廠品質測試;並對應用現場的人為因素破壞進行了充分的考慮,標準化設計又為及時便利更換提供條件;
 *  高相容性:
  同步頂升設備的多個子模組可適用赫曼的系列化標准液壓產品,液壓執行單元子模組可使用雙作用油缸,也可適用但作用油缸,同步系統相容性極強;
 *  維護簡單:
  經過培訓的操作者可對各個子模組進行正常的設備維護與保養;標準化的子模組設計提供良好的維護保養便利性。
  一攬子工程解決方案提供者
 
      做為高精度同步頂升技術的引領者,赫曼擁有一個具有多年從事重載同步頂升與移運工程並具有豐富經驗的技術團隊,團隊成員特長涵蓋方案設計,產品設計,現場操作服務多領域。因此,赫曼不但提供高品質的同步頂升設備,同時提供“一攬子”工程解決方案:前期的技術方案設計與研討服務,中期的設備製造服務,後期的現場專業人員服務。自項目的技術要求確認後,赫曼一直服務到專案實施的全過程,提供專案實施過程中的所有服務。
 
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* 浙江三門AP1000核電站鋼制安全殼同步頂升項目(PLC-controlled synchronous lifting
  project in Sanmen nuclear station)
 
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