大型火電機組發(fā)電機定子吊裝架構(gòu)設(shè)計和運用分析

斯保興

（中國能源建設(shè)集團江蘇省電力建設(shè)第一工程有限公司，江蘇 南京 210001）

隨著我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，近些年我國大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，這也讓火電機組逐漸“上大壓小”的方向發(fā)展，逐漸實現(xiàn)改革目標。在火力發(fā)電機組當中，單機發(fā)電功率越大，燃煤燃燒率越高，并且可以減少污染量。所以2×600MW超臨界機組在我國電力行業(yè)中的應(yīng)用愈加廣泛。而大型機組出現(xiàn)，發(fā)電機定子重量、尺寸規(guī)格也隨之上升，定子重量可達300t以上，以往的吊裝方法已經(jīng)難以滿足定子吊裝要求。本文主要介紹了350t級卷揚提升裝置，由于該裝置架構(gòu)技術(shù)更加成熟，適用于600MW火電機組發(fā)電機定子吊裝，在定子單件吊裝中應(yīng)用十分廣泛。因此為了滿足本次定子吊裝要求，需要為其開發(fā)一套完善的多功能組合吊裝架構(gòu)，從而順利完成發(fā)電機定子吊裝作業(yè)任務(wù)。

1 工程概述

華潤電力常熟2×600MW超臨界機組安裝當中，發(fā)電機定子為東方電機股份有限公司生產(chǎn)，重量達到了為326t，運輸重量為336t。運輸規(guī)格尺寸為9960mm×5004mm×4540mm。定子安裝在汽機房13.7m的汽機運轉(zhuǎn)層當中。汽機房中設(shè)置兩臺行車，最大荷載量為80t，遠遠無法滿足定子吊裝要求，再加上汽機房是封閉空間，廠房高度空間小、地形復(fù)雜，流動式起重機等起重設(shè)施難以在內(nèi)部布設(shè)，所以本次作業(yè)的最大難點就是吊裝就位工作。通過項目專項討論決定設(shè)計一套專門的吊裝架構(gòu)完成本次作業(yè)。

2 發(fā)電機定子吊裝架構(gòu)設(shè)計方案

2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本次提出的350t級卷揚提升裝置本質(zhì)上相當一臺高低腿式350t的龍門式起重機，該提升裝置結(jié)構(gòu)主要包括主梁、短地梁、長地梁、短支腿、長支腿，起升結(jié)構(gòu)中主要包括卷揚機以及扁擔(dān)、定滑輪、動滑輪構(gòu)成，長支腿和短支腿與主梁連接，地梁與支腿一側(cè)連接。主梁上布置配定滑輪裝置，也就是主梁小車，下部安裝了4個120t土坦克（重物移運器），為了保證運行的穩(wěn)定性、不偏軌，使用4只10t葫蘆驅(qū)動小車行走結(jié)構(gòu)，本次設(shè)計中不采用大車行走裝置，由于結(jié)構(gòu)中的地梁和支腿相連接，需要在穩(wěn)固、堅實的地面上放置地梁[1]。

2.2 安裝流程設(shè)計

根據(jù)發(fā)電機定子實際情況制定吊裝工序，將吊裝架構(gòu)在指定位置固定完成后，將廠房中的定子托運到吊裝裝置下方，根據(jù)汽機平臺標高，使用卷揚機水平提升定子高于平臺一定距離，利用驅(qū)動小車帶動定子向前移動10m距離，將定子放置到安裝部位上方，平穩(wěn)、緩慢的將定子放到安裝部位即可。

2.3 設(shè)計擴展

結(jié)合本次吊裝工作需求，吊裝架構(gòu)采用了350t級卷揚提升裝置，可以順利完成600MW火電機組發(fā)電機定子吊裝需求，也可以在135MW～350MW機組的定子吊裝領(lǐng)域中使用。但為長遠考慮，滿足后續(xù)1000MW機組吊裝工程（吊裝架構(gòu)要吊裝500t以上定子），本次設(shè)計采取了可擴充設(shè)計方案，理論上可以達到800t的吊裝等級。

2.4 吊裝架構(gòu)尺寸設(shè)計

根據(jù)吊裝工程實際情況，制定吊裝架構(gòu)整體設(shè)計尺寸。結(jié)合設(shè)計方案的尺寸標準以及汽機房平面圖，本次設(shè)計的主梁長度、高度、跨度分別為19250mm、2050mm、17050mm，柔性腿和剛性腿的長度分別為19860mm、6062mm，采用整體化設(shè)計主梁、柔性腿、剛性腿。為了保證鋼結(jié)構(gòu)承載性能，其材料采用了Q345B，鋼結(jié)構(gòu)整體重量為100t。

2.5 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）設(shè)計中采用了2臺卷揚機驅(qū)動（20t）作為起升結(jié)構(gòu)，在0m層安裝卷揚機，在柔性腿上設(shè)置2只導(dǎo)向滑輪，在長支腿主梁上設(shè)置另外2只導(dǎo)向滑輪，滑輪組中心線要求和結(jié)構(gòu)中心線重合，在短支腿端設(shè)置鋼絲繩終根。

（2）設(shè)計中的主梁、扁擔(dān)、腿、下部地梁箱型梁結(jié)構(gòu)形式，為了保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，短支腿設(shè)計采用雙支腿方案，為內(nèi)八字布置形式，嚴格控制傾斜角度。

（3）滑輪組采用額定荷載250t級，每組中設(shè)置10個滑輪，分為2套4組滑輪，滑輪組設(shè)計的水平度（主梁）、垂直度都要滿足允許偏差標準，由于滑輪組設(shè)計決定了下部扁擔(dān)梁設(shè)計標準，所以盡可能保證滑輪分組布置橫向尺寸較小[2]。

（4）必須要保證焊接部位足夠牢靠，充分考慮焊縫問題，避免在跨中和受力集中部位產(chǎn)生焊縫問題。整體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮制造便利、安裝穩(wěn)固、運輸方便、易于維護，整體結(jié)構(gòu)受力分析簡單，最大限度上減少應(yīng)力集中問題。

3 可行性計算分析

本次吊裝架構(gòu)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)力容易計算，但要確保主梁的承載性、穩(wěn)定性滿足定子吊裝要求，其余部位參考計算書即可。

3.1 彎曲應(yīng)力

結(jié)合設(shè)計圖紙內(nèi)容，本次設(shè)計橋梁跨度和總長分別為17050mm、19250mm，鋼材為Q345B，腹板之間增設(shè)了橫縱加勁筋，整體重量為33667.1kg。主梁截面尺寸見圖1。卷揚機提升裝置設(shè)計荷載為350t，而扁擔(dān)、跑車、鋼絲繩、起升千斤、滑輪組等吊具總重量約為15t。通過設(shè)計計算，計算荷載為3934.7KN、主梁自重329937.58N，小車上土坦克中心距為900mm，主梁最大彎矩為1650918136N.cm，主梁最大應(yīng)力為145.5MPa，材料允許最大應(yīng)力為230MPa。主梁最大應(yīng)力小于材料允許最大應(yīng)力，表明主梁強度滿足定子吊裝要求[3]。

圖1 主梁截面設(shè)計圖（mm）

3.2 局部壓應(yīng)力

在設(shè)計計算中，局部壓應(yīng)力為171.57MPa，依然小于材料允許最大應(yīng)力230MPa，表明本次設(shè)計中的主梁可以同時滿足正應(yīng)力、剪應(yīng)力、局部應(yīng)力使用要求。

3.3 主梁下?lián)隙?/h3>

結(jié)合設(shè)計計算，主梁受力作用撓度為19.2mm、主梁自重作用撓度為0.89mm，主梁下?lián)隙葹?0.09mm。允許最大撓度為21.3mm，可知主梁下?lián)隙刃∮谠试S最大撓度。本次設(shè)計中彈性模量取最小值E=186×108kg/m2，再加上集中荷載，土坦克間距900mm，運行中和軌道之間有一定接觸面積會產(chǎn)生荷載，以及主梁長度間增設(shè)了加勁筋，因此實際的撓度可能會更小一些。因此可以滿足定子吊裝需求。

3.4 跨中剪切應(yīng)力

設(shè)計計算中的跨中主梁剪切應(yīng)力為36.6MPa，而允許最大剪切應(yīng)力為140MPa，跨中剪切應(yīng)力小于允許最大剪切應(yīng)力，表示能夠滿足吊裝要求。

3.5 組合折算應(yīng)力

設(shè)計計算中組合折算應(yīng)力為172.2MPa，允許最大應(yīng)力為253MPa，折算應(yīng)力小于允許最大應(yīng)力，可以滿足吊裝需求。

3.6 主梁截面結(jié)構(gòu)要求

（1）腹板厚度選擇。結(jié)合行業(yè)標準，參考表選取梁高180cm～240cm標準的腹板厚度范圍在14mm～18mm之間。則計算出加強肋到腹板高度受壓邊緣高度為1.29cm，在指定范圍內(nèi)。貫徹“取大不取小”原則，腹板厚度取18mm。

（2）箱形截面梁受壓翼緣板的兩腹板間寬度、厚度比要滿足：寬度/厚度≤402=29.32，而40=33（fy為鋼材屈服強度=345N/m），可以滿足要求。

3.7 驗算與安裝測試

在完成所有設(shè)計圖紙之后，公司對方案內(nèi)驗、審核，對不合理或存在疑問部分進行修改、再驗算。將內(nèi)驗后的設(shè)計方案通過有限元軟件分析、驗算、復(fù)合，最終通過且出具了權(quán)威實驗報告，之后組織驗算方、制造廠二次圖紙會審，修改局部區(qū)域，完善了工藝制造標準。在本次架構(gòu)制造中時刻保持與廠家聯(lián)系，掌握架構(gòu)制造情況，設(shè)計人員到生產(chǎn)公司監(jiān)造檢驗，及時發(fā)現(xiàn)了生產(chǎn)中的問題并得以解決，確保整體吊裝架構(gòu)的質(zhì)量標準。考慮到本次設(shè)計吊裝架構(gòu)尺寸大，生產(chǎn)廠商沒有條件組裝調(diào)試，再加上部分部件為本公司采購，所以選擇在現(xiàn)場安裝調(diào)試，完成安裝后由技術(shù)監(jiān)督局專家檢驗以及質(zhì)量檢驗測試中心進行應(yīng)力測試，最終結(jié)果是所有尺寸、應(yīng)力均符合國家質(zhì)量標準，表明本次設(shè)計成功。

4 吊裝應(yīng)用與改進

將本次卷揚機提升裝置產(chǎn)品運用中，首次進行常熟工程1#機326t發(fā)電機定子吊裝，本次吊裝開展了5個多小時，吊裝過程中工作人員全程觀測腿垂直度、主梁下?lián)隙鹊膽?yīng)力變化，檢測數(shù)據(jù)均在允許范圍內(nèi)，表明該吊裝架構(gòu)可以正式投入到定子大量吊裝中。

在1#機吊裝中發(fā)現(xiàn)，2只10t鏈條葫蘆牽引力采用人工拉取形式，需要投入數(shù)十人力，人工投入量較大，作業(yè)效率較低，因此決定后續(xù)進行改進。改進方案中在主梁上增加兩根軌道，并在軌道上增設(shè)2臺液壓推進器（30t），推進器可以在軌道上均速推動小車帶動定子平行移動，這樣不僅可以減少小車跑偏概率，也減少了勞動強度和作業(yè)時間，大大提升了吊裝作業(yè)安全性。改進后進行2#機定子起吊，整個吊裝過程僅用3h，為1#機定子吊裝時間的一半左右，效果非常好。

5 結(jié)語

綜上所述，本次設(shè)計的定子吊裝架構(gòu)取得了巨大的成功，不僅可以滿足600MW發(fā)電機定子吊裝需求，后續(xù)還可以實現(xiàn)拓展，從350t提升800t級別定子吊裝。同時，本次設(shè)計產(chǎn)品后續(xù)與多家電廠合作使用，均取得了很好的效果，具有很大的發(fā)展前景。本次吊裝架構(gòu)也在9F等燃機模塊、燃機發(fā)電機模塊、燃機汽輪機模塊等大件吊裝中廣泛使用，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會價值。