三機(jī)抬吊技術(shù)在受熱面大件吊裝中的應(yīng)用

劉巍，李春濤

(湖南省火電建設(shè)公司，湖南株洲 412000)

江西新昌電廠2×660 MW鍋爐為東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司設(shè)計(jì)制造的超超臨界參數(shù)變壓直流鍋爐，一次再熱，單爐膛，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱氣溫，固態(tài)排渣，全鋼構(gòu)架，全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，露天布置，前后墻對(duì)沖燃燒，尾部煙道為帶SCR選擇性催化還原脫銷裝置的Π型布置。

鍋爐本體受熱面地面組合件共36片，組合件的共有特點(diǎn)是尺寸大、柔性大。在吊裝過程中稍有不慎，極有可能造成組件的塑性變形。如采用常規(guī)的起扳架吊裝方法，則吊裝加固工作量大、吊裝耗材大、吊裝時(shí)間長。本工程在施工過程中，本著經(jīng)濟(jì)、適用的思路，采用了三機(jī)抬吊技術(shù)。

1 施工方案

受熱面大件吊裝采用ZSC70240/80 t平臂吊、浦沅QY100H－3汽車吊、40 t龍門吊三機(jī)抬吊的方式，平臂吊吊組件上部集箱、汽車吊吊組件中部、40 t龍門吊吊組件下部。吊裝過程中，平臂吊受力緩慢增加，汽車吊和40 t龍門吊受力組件逐漸減小直至受力負(fù)荷變?yōu)?，最后由平臂吊單獨(dú)將組件吊起，完成吊裝工作。

1.1 作業(yè)程序

設(shè)備組合→組件就位腳手架搭設(shè)→起吊臨時(shí)吊耳開孔→起吊臨時(shí)加固件的制作及安裝→起吊鋼絲繩安裝→組件吊裝。

1.2 作業(yè)方法

受熱面組件一般為膜式壁 (前包墻、中隔墻上部及后水上部除外)，組件由管子及與管子相連的扁鋼組成。水冷壁組件管子與管子之間的扁鋼寬度為19.5 mm，起吊臨時(shí)加固件如果采用直接焊接在組件上的方式，在施焊部位易產(chǎn)生熱應(yīng)力?？紤]起吊臨時(shí)加固件的重復(fù)使用，采用插入式的吊耳板，起吊臨時(shí)加固件安裝見圖1。

圖1 后包墻 (中部)組件起吊臨時(shí)加固件

2 受熱面組件起吊相關(guān)計(jì)算

2.1 組件概況

以1號(hào)爐后包墻 (中部)為例進(jìn)行起吊時(shí)的吊點(diǎn)位置的計(jì)算分析。

1號(hào)爐后包墻 (中部)上聯(lián)箱中心至下部組件管口距離為21.15 m，組件兩側(cè)邊管中心距離為8.115 m，共有Φ38.1 mm×9 mm管子72根及管間的鰭片，材質(zhì)為15 CrMo。

2.2 載荷計(jì)算

聯(lián)箱重 G(聯(lián)箱)=1 800 kg=17 640 N;組件重G(組件)=15 450 kg=151 410 N;組件長度 L=21.15 m。

組件均布載荷 q=G(組件)/L=15 140/21.15=7 160 N/m=7.16 kN/m。

2.3 組件抗彎截面模量計(jì)算

取單根管子的截面進(jìn)行抗彎截面模量的計(jì)算，管子截面示意圖見圖2。

圖2 后包墻單根鰭片管截面 (單位:mm)

管外徑D=3.81 cm;管內(nèi)徑d=2.01 cm;鰭片厚δ=0.6 cm;鰭片寬b=7.62 cm。組件單根鰭片管數(shù)量n=72。

單根鰭片管慣性矩

單根鰭片管截面模量

組件抗彎截面模量

W組件=nWx=393.12 cm3。

2.4 組件允許的最大彎矩計(jì)算

已知:15 CrMo材質(zhì)σs=295 MPa(厚度小于16 mm，常溫)，安全系數(shù)n取1.5

解得:許用彎應(yīng)力〔σ〕 =σs/n=295/1.5=197 MPa

組件允許的最大彎矩 M=W組件×〔σ〕 =393.12×10－6×197×106=77 444.6 N·m

2.5 組件吊點(diǎn)支反力計(jì)算

組件受力分析圖如圖3所示。組件為一度靜不定，如果以支座B點(diǎn)為多余約束，RB為多余支反

變形協(xié)調(diào)條件為yB=0

從梁變形表查得:

均布載荷q在B點(diǎn)的撓度y1=5qL41/384EI;支反力RB在B點(diǎn)的撓度y2=RB(2L1)3/48EI=RBL31/6EI;彎矩mc在B點(diǎn)的撓度y3=qL21L22/32EI;

根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件yB=y1－y2－y3=0，得知RB=74 630 N。由平衡方程MA=0列出計(jì)算公式:RB×L1+RC×2L1－q× (2L1+L2)2/2=0，得知RC=51 653 N。

RA=G(聯(lián)箱)+G(組件)－RB－RC=42 767 N。

2.6 組件強(qiáng)度校核

以截面A的形心為x軸的原點(diǎn)，并在x軸切取左段為研究對(duì)象，根據(jù)平衡條件得知:

M= － (RA－G(聯(lián)箱))x+qx2/2=－25 127x+3 580x2(0≤x＜9);當(dāng)x=3.51 m時(shí)，有最大彎矩M1=44 090 N·m。

M= － (RA－G(聯(lián)箱))x+qx2/2 －RB× (x－9)=－99 757x+3 580x2+671 670(9≤x＜18);當(dāng)x=9 m時(shí)，有最大彎矩M2=63 837 N·m。

M= － 〔RA－G(聯(lián)箱)〕x+qx2/2 －RB× (x－9)－RC× (x－18)=－151 410x+3 580x2+1 601 424(18≤x＜21.15);當(dāng)x=18 m時(shí)，有最大彎矩M2=35 522 N·m。

由以上計(jì)算可知，絞支點(diǎn)B處為最大彎矩Mmax=63 837 N·m＜77 444.6 N·m，符合要求。

2.7 組件剛度校核

組件彈性模量取E=2×109Pa。

根據(jù)組件受力簡化圖，查梁變形表，采用疊加法計(jì)算組件撓度:

A—C段，均布載荷q對(duì)組件產(chǎn)生的撓度為

f1=qx(4L1x3－x3－8L31)/24EI

支反力RB對(duì)組件產(chǎn)生的撓度為

f2=RBx(x2－3L1x2)/12EI

彎矩mc對(duì)組件產(chǎn)生的撓度為

f3=mcx(4L21－x2)/(12L1EI)

f=qx(4L1x3－x3－8L31)/24EI

RBx(x2－3L1x2)/12EI－

mcx(4L21－x2)/12L1EI

當(dāng)x=4.5 m時(shí)，有最大撓度fmax=20.2 cm。

C—D段，均布載荷q對(duì)組件產(chǎn)生的最大撓度:fmax=qL42/8EI=7 160×3.154/(8×2×1011×9.67×10－8×72)=6.3 cm。

3 受熱面組件吊裝

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)起扳場(chǎng)的情況，在起扳過程中要確保3臺(tái)吊車互相之間不受影響，確定3臺(tái)吊車的布置位置。圖5為受熱面起扳時(shí)的吊車布置示意圖。

受熱面組件就位需要搭設(shè)的腳手架搭設(shè)完畢、起吊臨時(shí)加固措施安裝完畢、吊車布置完畢后，即可開始進(jìn)行組件的吊裝工作。組件起吊過程中需要注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:

(1)吊裝就位的腳手架不能阻礙平臂吊起吊鋼絲繩。

(2)起吊臨時(shí)加固裝置安裝過程中，應(yīng)對(duì)切割后的組件鰭片進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)管子存在被割傷的情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。

(3)100 t汽車吊吊裝位置在滿足上述要求的同時(shí)，盡量選擇在組件重心附近。起吊時(shí)，應(yīng)先讓100 t汽車吊受力，然后再讓平臂吊和40 t龍門吊同時(shí)受力，直至組件被水平抬離地面約100 mm，檢查組件受力后的撓度變化情況。

(4)由于40 t龍門吊吊裝高度限制 (15.3 m左右)，在吊裝前應(yīng)對(duì)龍門吊起吊鋼絲繩長度進(jìn)行計(jì)算，確保組件在吊裝過程中龍門吊一直處于受力狀態(tài)。

(5)因組件吊起后需從鍋爐鋼架頂往下放，而本工程80 t平臂吊的起吊高度距鋼架頂板梁的距離為30 m，因此組件吊裝過程中也需要對(duì)平臂吊起吊鋼絲繩長度進(jìn)行計(jì)算，以確保組件能順利從鋼架頂部吊至就位位置。

(6)包墻組件起吊時(shí)吊機(jī)負(fù)荷能力具體見表1。

表1 包墻組件起吊時(shí)工況表

4 結(jié)束語

在本受熱面大件吊裝工程實(shí)施過程中，所需的臨時(shí)加固材料少，而且能夠重復(fù)使用。三機(jī)抬吊技術(shù)吊裝受熱面組件相比常用的起扳架吊裝方式節(jié)約時(shí)間，在吊裝準(zhǔn)備工作充分的情況下，只需要2h就能完成組件的吊裝工作。

〔1〕劉鴻文.材料力學(xué)〔M〕．北京:高等教育出版社，1992．

〔2〕湖南省火電建設(shè)公司．大型施工機(jī)械起重性能手冊(cè)〔M〕．2010．