發(fā)電廠煙囪鋼內(nèi)筒液壓同步頂升裝置設(shè)計(jì)計(jì)算

黃志源 王炳琴 王炳莉

（1.華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州450015；2.樂(lè)山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 樂(lè)山614000；3.華能日照電廠，山東 日照276826）

1 工程概況

貴州大方發(fā)電有限公司改造4×300MW機(jī)組煙囪工程,鋼內(nèi)筒高度為243m，內(nèi)直徑為φ6.8m。鋼內(nèi)筒采用自立式結(jié)構(gòu)，鋼內(nèi)筒筒體材料采用鈦鋼復(fù)合鋼板，厚度取6種，分別為20mm＋1.2mm厚、18mm＋1.2mm厚、16mm＋1.2mm厚、14mm＋1.2mm厚、12mm＋1.2mm厚 和10mm＋1.2mm厚。

鋼內(nèi)筒采用SQD型松卡式千斤頂液壓提升設(shè)備，逐層倒裝完成，鋼板接長(zhǎng)采用焊接接長(zhǎng)（每段按2m安裝，每段由3塊板組成），焊縫連接采用CO2氣體保護(hù)焊打底和手工電弧焊蓋面內(nèi)部采用氬弧焊焊接方案。

2 頂升裝置的安裝及工作原理

2.1 頂升裝置的安裝

貴州大方發(fā)電有限公司1#煙囪新建鋼內(nèi)筒6800mm，內(nèi)筒使用12個(gè)頂升裝置，額定起升重量960t，新建鋼內(nèi)筒起升總重量約767t。采用倒裝法施工，頂上一節(jié)安裝一節(jié)，與上部焊接后再頂升，以此完成243m的高度。鋼內(nèi)筒加工在煙囪0m地面上完成，包含卷板，噴砂刷漆，焊接，加強(qiáng)筋焊接，脹圈加工焊接等，避免了高空作業(yè)，在施工和操作過(guò)程中有很高的安全性。

設(shè)備提升架未就位前，將千斤頂安裝在提升架頂部并將固定螺栓裝齊。提升架安裝沿著鋼內(nèi)筒直徑8750mm，按12等分圓周分布，如圖1所示。提升架由11根直徑510mm*16mm的無(wú)縫鋼管長(zhǎng)度為9m，單獨(dú)一根立柱5560mm座在相鄰兩根提升架中間的門梁上拼裝組成，提升架底部與煙囪底部的預(yù)埋鐵焊接牢固。提升架中有一根直徑70mm（45#）的提升桿，用于提升托架，從而帶動(dòng)鋼內(nèi)筒的提升，每根提升架之間121*7的無(wú)縫鋼管作為支撐。門梁為5530*20mm的鋼板焊接成的箱型梁，門梁下作為進(jìn)板的門洞，尺寸為4020*2920mm。門洞下裝進(jìn)板軌道，軌道由I20卷制成弧形，另一端與外筒壁的門口相連。

圖1 頂升裝置布置圖

2.2 液壓頂升裝置的工作原理

SQD-1200-200SF型松卡式千斤頂?shù)闹行挠幸桓睆?0mm的提升桿，長(zhǎng)度為9.85m。安裝時(shí)先把上下夾頭的松卡螺母逆時(shí)針向上調(diào)至頂端，這樣上下夾頭的工作狀態(tài)處于送卡位置，上下夾頭中的夾塊在彈簧的作用下，向下把提升桿鎖住。液壓缸上升時(shí)，上下夾頭都處于鎖緊狀態(tài)，夾塊是放在錐套里的，向下液壓越緊，向上松開(kāi)。上夾頭的夾塊鎖住提升桿，液壓缸上升時(shí)提升桿帶動(dòng)夾塊向下運(yùn)動(dòng)，越拉越緊，下夾頭也是鎖住提升桿的。但提升桿在液壓缸上升時(shí)同步上升，下夾頭的夾塊受到一個(gè)向上的力自動(dòng)松開(kāi)，從而松開(kāi)了提升桿，提升桿帶動(dòng)提升架上的托架，托架帶動(dòng)脹圈，脹圈與鋼內(nèi)筒是焊接在一起的，從而帶動(dòng)整個(gè)鋼內(nèi)筒向上提升。

SQD-1200-200SF型松卡式千斤頂，液壓行程為200mm。但液壓缸行至200mm時(shí)，液壓缸受限而停止，下夾頭在彈簧的作用下鎖緊提升桿。這時(shí)可以讓液壓缸回程上下運(yùn)動(dòng)，下夾頭受提升桿的重力和彈簧的作用，將提升桿鎖住。提升桿不能向下運(yùn)動(dòng)，液壓缸下降時(shí)，上夾頭受到一個(gè)向上的力，夾塊自動(dòng)打開(kāi)，松開(kāi)提升桿，這樣液壓缸回到原位后，就可以接著下一個(gè)行程的工作。

3 頂升裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法

已知鋼內(nèi)筒及附屬結(jié)構(gòu)總重為750t，即7500kN，考慮在頂升過(guò)程中出現(xiàn)各頂升支柱不均勻的情況，共12個(gè)支柱，僅考慮9個(gè)支柱承受7500kN的荷載，即N=7500kN/9=833kN。主要針對(duì)抱桿柱、柱間支撐、門洞橫梁、漲圈梁、鋼內(nèi)筒提升耳板、提拉桿和提拉桿底部擋板焊縫進(jìn)行計(jì)算整理。

3.1 抱桿柱

采用無(wú)縫鋼管510*16，材質(zhì)為Q345B。N=833kN，e=665mm，M=N*e=554kN·m，L0x=2*9100=18200mm，長(zhǎng)細(xì)比λ=L0x/ix=18200/174.7=104≤150，滿足要求。查附錄[1]表C-2得，φx=0.529，βmx=1，N′Ex=π2EA/1.1λx2=5542kN。

依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）第5.2.1條，彎矩作用平面內(nèi)的強(qiáng)度計(jì)算如下：

N/An+Mx/γx W nx=833000/24831+554000000/1.15*2973550=195.5Mpa≤310Mpa。

依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）第5.2.2條，彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性計(jì)算如下：

N/φx A n+βm x M x/γx W 1x（1-0.8N/N′Ex）=833000/0.529*24831+1.0*554000000/1.15*2973550*0.812=262.9Mpa≤310Mpa。

穩(wěn)定應(yīng)力比為0.85。

3.2 柱間支撐

采用121*7的無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為Q235B。

柱間支撐所在平面不是主受力面，柱間支撐按壓桿設(shè)計(jì)，依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）表5.3.8可知，長(zhǎng)細(xì)比不大于150即可。那么對(duì)于ZC-1有λ=lo/ix=3022/40.3=75≤150，對(duì) 于ZC-2有λ=lo/iy=2655/40.3=65.9≤150，滿足要求。

圖3 柱間支撐

3.3 門洞橫梁

采用5530*20mm的鋼板焊接成的箱型梁，截面為600×600×20，材質(zhì)為Q235B。

已知=833kN，10=4.375m，得M=1/4（N*10）=911.1kN·m。

依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）第4.1.1條，在主平面內(nèi)受彎的實(shí)腹構(gòu)件，其抗彎強(qiáng)度M x/（γx W x）≤f，M x=911.1kN·m，γx=1.05，W nx=8681.95cm3。

查表[1]3.4.1-1，抗彎強(qiáng)度f(wàn)=205Mpa，6=M x/（γx W nx）=911.1*106/（1.05*8681.95*103）=100Mpa≤205Mpa。滿足要求。

圖4 門洞橫梁

3.4 漲圈梁

截面為400×250×20，材質(zhì)為Q235B。

已 知N=833kN，10=2.265m，得M=1/4（N*10）=471.7kN·m。

依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）第4.1.1條，Mx/（γxWnx）≤f，Mx=471.7kN·m，γx=1.05，Wnx=2584.26 cm3，6=Mx/（γxWnx）=471.7*106/（1.05*2587.26*103）=173.6Mpa≤205Mpa。滿足要求。

3.5 鋼內(nèi)筒提升耳板

20×520×520，材質(zhì)為Q235B。

已知，兩個(gè)提升拉桿支架有3塊耳板均勻焊接于鋼內(nèi)筒，要求hf=14mm，那么he=14*0.7≈10mm，lw=520-2*14=492mm，N=833kN/3=277666N。

依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）第7.1.3條，Τf=N/（he*lw）=277666/（10*492*2）=28.2Mpa≤160Mpa。滿足要求。

3.6 提拉桿

截面為φ70，材質(zhì)為45#鋼。

45#鋼的屈服強(qiáng)度f(wàn)y=355Mpa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取f=fy/ΓR=355/1.111=319.5Mpa。那么單根提拉桿的抗力為319.5*π*（70*0.5）*2=1229kN。而鋼內(nèi)筒頂升時(shí)每根提拉桿的負(fù)荷為833kN≤1229kN。滿足要求。

3.7 鋼支柱頂部馬鐙計(jì)算

鋼支柱截面為φ76*16，一個(gè)鋼支柱頂有四根。

A=30.15cm2，i=2.19cm，λ=lo/i=430/21.9=19.6。依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）第5.1.2條，φ=0.982，N=1000kN/4=250kN，Б=N/φA=250000/0.982*3015=82.92 Mpa≤215Mpa。

圖5 鋼支柱頂部馬鐙

3.8 鋼支柱間支撐計(jì)算

已知鋼支柱間橫撐截面為T 300*150*12*12，依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）表5.3.8可知，橫撐的長(zhǎng)細(xì)比滿足200即可。

λ=lo/i=2140/25.3=84.58≤200，滿足要求。

同樣對(duì)于鋼支柱間斜撐截面為Ⅰ14，λx=lo/ix=4300/57.5=74.8≤200，λy=lo/iy=2150/17.3=124.3≤200，滿足要求。

4 結(jié)論

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果，對(duì)煙囪頂升裝置進(jìn)行制作和安裝，并正確配置液壓千斤頂，煙囪頂升工作進(jìn)展順利，這說(shuō)明該設(shè)計(jì)計(jì)算和校核方法能充分地滿足施工條件和要求，該計(jì)算方法廣泛適用于發(fā)電廠煙囪脫硫改造中鋼內(nèi)筒吊裝裝置的設(shè)計(jì)。

［1］江明，繆謙.液壓多點(diǎn)同步提升技術(shù)在煙囪鋼內(nèi)筒施工中的應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2008（2）.

［2］江明，郭玉瑩.煙囪鋼內(nèi)筒施工的液壓提升法［J］.電力建設(shè)，2006（6）.