福清核電站常規(guī)島發(fā)電機(jī)定子吊裝方案

黃志江，周立民，付然，李慶梅，宣東海，王志軍

(中國電力技術(shù)裝備有限公司，北京市，100052)

0 引言

福清核電站常規(guī)島1號汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)定子質(zhì)量為371 t，設(shè)備尺寸(長×寬×高)為10.19 m× 5.4 m×4.2 m，設(shè)4個(gè)軸式吊耳，臥式就位。廠房內(nèi)的橋式起重機(jī)承載能力有限，無法用于定子吊裝就位。經(jīng)比選，決定采用鋼索式液壓提升裝置［1-2］及配套吊裝構(gòu)架［3］實(shí)施定子吊裝就位。鋼索式液壓提升裝置選用國內(nèi)成熟的GYT-200D型系列設(shè)備，該設(shè)備由4臺(tái)額定提升力為1 960 kN的千斤頂及配套泵站組成。

1 定子吊裝過程

福清核電站常規(guī)島定子吊裝設(shè)備如圖1所示。定子吊裝就位過程如下：

(1)將液壓提升裝置安裝在吊裝構(gòu)架的移動(dòng)架上，將鋼絞線穿入千斤頂。鋼絞線下端與吊裝框架相連。用鋼絲繩將定子掛在吊裝框架上。

(2)啟動(dòng)液壓提升裝置，將定子提升至指定高度。

(3)啟動(dòng)液壓頂推裝置，推動(dòng)吊裝構(gòu)架的移動(dòng)架沿固定架的軌道梁移動(dòng)到指定位置。

(4)再次啟動(dòng)液壓提升裝置，降落定子就位。

圖1 福清核電站定子吊裝設(shè)備Fig.1 Hoisting device of generator stator in Fuqing nuclear power plant

2 專用吊裝構(gòu)架設(shè)計(jì)

為了滿足福清核電站定子吊裝要求，吊裝架須具備足夠的安全系數(shù)，其額定載荷設(shè)計(jì)為4 900 kN。

吊裝構(gòu)架由移動(dòng)架、固定架和柱腳箱組成。固定架為被吊物及其就位平臺(tái)提供了合理、堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)連接，也為移動(dòng)架提供了移動(dòng)平臺(tái)和穩(wěn)固的支撐。移動(dòng)架位于固定架之上，用于實(shí)現(xiàn)定子的移動(dòng)。

吊裝架構(gòu)的橫向跨度為15.05 m。由于廠房平臺(tái)梁承載能力有限，所以在平臺(tái)支柱上設(shè)計(jì)支座，將固定架軌道梁固定在支座上，以使平臺(tái)梁不受力。根據(jù)平臺(tái)支柱位置，確定吊裝構(gòu)架縱向跨度，共5跨，跨度分別為12.3 m(位于平臺(tái)外)、5 m、5 m、5 m和12 m。

平臺(tái)外，固定架支柱安裝區(qū)域不能制作混凝土基礎(chǔ)，地面承載力僅為0.196 MPa，不能承受彎矩。固定架支柱設(shè)計(jì)為桁架柱，避免對地基產(chǎn)生彎矩。設(shè)計(jì)柱腳箱用于安裝桁架柱，增大受力面積、分散壓力，以滿足承載力要求。

2.2 吊裝構(gòu)架吊裝時(shí)的受力分析

吊裝時(shí)，吊裝構(gòu)架的載荷主要包括自重力、起升重力、設(shè)備重力等。移動(dòng)架整體移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)架底部還承受水平推力作用。液壓提升裝置的提升速度平穩(wěn)、沖擊較小，取起升沖擊系數(shù)為1.0［4］，起升動(dòng)載系數(shù)為1.1［5］，考慮到4點(diǎn)提升時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同步現(xiàn)象，取載荷不均勻系數(shù)為1.3。額定吊裝質(zhì)量為500 t，鋼索式液壓提升設(shè)備等總質(zhì)量為50 t。

吊裝構(gòu)架上單臺(tái)液壓千斤頂作用處的載荷P1、P2、P3、P4分別為

潰壩應(yīng)急管理是風(fēng)險(xiǎn)管理的一種，有別于人們所習(xí)慣的常規(guī)管理。潰壩成因往往比較復(fù)雜，可以說沒有一個(gè)完全相同的潰壩模式，而且潰決過程發(fā)展迅猛，所以要求人們對其進(jìn)行深入研究和精心策劃，才能取得最佳效果。

采用SAP 2000軟件［6］進(jìn)行計(jì)算分析，用梁單元建立吊裝構(gòu)架的整體模型如圖2所示。由于移動(dòng)架沿固定架軌道梁移動(dòng)，所以經(jīng)過計(jì)算分析可得出內(nèi)力最大位置，在此位置，計(jì)算出吊裝構(gòu)架構(gòu)件的正應(yīng)力分布如圖3所示，軌道梁上最大正應(yīng)力為138 MPa。

使用SAP 2000軟件可計(jì)算出每個(gè)構(gòu)件的應(yīng)力比。根據(jù)GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［7］中的公式，可算出應(yīng)力比：

式中：N為所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)的軸心壓力，N；φx為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；A為構(gòu)件毛截面面積，mm2；βmx為等效彎矩系數(shù)；Mx為所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)的最大彎矩，N·mm；γx為對主軸x的截面塑性發(fā)展系數(shù)；w1x為在彎矩作用平面內(nèi)對較大受壓纖維的毛截面模量，mm3；N'Ex為參數(shù)，N'Ex= π2EA/(1.1λx2)；λx為對主軸x的長細(xì)比；f為鋼材的抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2。

應(yīng)力比為式(3)左邊計(jì)算值除以f的比值。應(yīng)力比小于1時(shí)，構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性合格［8］。從安全角度考慮，本設(shè)計(jì)方案限制應(yīng)力比不超過0.95。經(jīng)計(jì)算，吊裝構(gòu)架各構(gòu)件的應(yīng)力比均小于0.95(見圖4)，因此其強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足要求。

2.3 柱腳箱設(shè)計(jì)

柱腳箱必須具有足夠的剛度，才能將壓力均勻地傳遞到地面。柱腳箱上設(shè)計(jì)有橫梁及加勁肋等，以保證柱腳箱的剛度。根據(jù)前面2.2節(jié)的計(jì)算，得出固定架支柱的柱腳反力即為柱腳箱的載荷。

圖4 吊裝構(gòu)架應(yīng)力比Fig.4 Stress ratio of hoisting fram e

采用Solidworks軟件，使用殼單元建支柱腳箱模型，利用彈簧接頭來模擬地面剛度。經(jīng)分析可知，柱腳箱的應(yīng)力分布(見圖5)滿足強(qiáng)度要求；柱腳箱的變形量(見圖6)不大，亦滿足使用要求。

3 移動(dòng)架整體移動(dòng)方案

液壓提升裝置將定子提升至指定高度后，需要將移動(dòng)架沿固定架軌道梁移動(dòng)到指定位置。通過比較分析后采用滑移方式，利用YDT-50液壓頂推裝置來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)架的移動(dòng)。該液壓頂推裝置由2臺(tái)頂推力為490 kN的液壓缸組成(見圖7)，頂推液壓缸的一端連接移動(dòng)架，另一端與夾軌器連接。夾軌器安裝在QU100鋼軌上，頂推時(shí)夾緊軌道，為液壓頂推裝置提供反力。

圖7 液壓頂推設(shè)備Fig.7 Hydraulic incremental launching device

為了減少滑移時(shí)的摩擦力，采用聚四氟乙烯［9］(poly tetra fluoro ethylene，PTFE)減摩材料。干摩擦情況下，該種材料與鋼材的摩擦系數(shù)為0.04～0.08。移動(dòng)架的滑移距離為50 m。如果在軌道梁上鋪設(shè)減摩材料，成本很高，因此本方案設(shè)計(jì)滑靴，此滑靴與移動(dòng)架連接。在滑靴底部安裝固定PTFE滑塊，與鋼軌組成摩擦副。同時(shí)，為了提高移動(dòng)的導(dǎo)向性，在滑靴前后設(shè)置了導(dǎo)向輪(見圖8)。

圖8 滑靴Fig.8 Slipper

吊裝構(gòu)架與被吊物等的總質(zhì)量約為600 t，根據(jù)式(4)計(jì)算出每臺(tái)液壓頂推裝置需要克服的摩擦力F為

式中：μ為摩擦系數(shù)；N為正壓力，kN。

因?yàn)镕小于490 kN，所以頂推裝置滿足移動(dòng)架滑移的動(dòng)力要求。

此種頂推移動(dòng)方案經(jīng)現(xiàn)場使用(見圖9)，效果很好，移動(dòng)平穩(wěn)，滿足核電站建設(shè)的嚴(yán)格要求。

圖9 液壓頂推裝置現(xiàn)場作業(yè)照片F(xiàn)ig.9 On-site photos of hydraulic incremental launching device

4 結(jié)論

福清核電站常規(guī)島1號發(fā)電機(jī)定子于2011年11月完成了吊裝。定子吊裝前，在現(xiàn)場進(jìn)行了載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常。定子吊裝時(shí)，提升及移動(dòng)過程平穩(wěn)、順利，只用了不到1天時(shí)間就完成了吊裝工作。

根據(jù)理論分析計(jì)算和現(xiàn)場實(shí)施情況，可以得出以下結(jié)論：

(1)本文介紹的吊裝構(gòu)架結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠，支柱采用桁架柱與柱腳箱結(jié)構(gòu)，降低了對基礎(chǔ)的要求。

(2)鋼索式液壓提升裝置具有起重能力大、結(jié)構(gòu)緊湊和可自動(dòng)閉鎖等優(yōu)點(diǎn)，非常適合發(fā)電機(jī)定子等設(shè)備的吊裝工作。

(3)頂推滑移方式平穩(wěn)、無沖擊、安全可靠，可廣泛推廣應(yīng)用。

(4)本方案對同類型的吊裝方案設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

［1］繆謙.鋼索式液壓提升裝置［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2003(9)：28-31.

［2］鄭基彥，陳超華，楊黎峰.液壓提升裝置在電廠定子吊裝中的應(yīng)用［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2006(12)：66-70.

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［4］GB/T 3811—2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［5］張志文.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：中國鐵道出版社，1998.

［6］北京金土木軟件技術(shù)有限公司.SAP 2000中文版使用指南［M］.北京：人民交通出版社，2012.

［7］GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

［8］陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］.北京：科學(xué)出版社，2005.

［9］石淼森.固體潤滑技術(shù)［M］.北京：中國石化出版社，1998.