第三代核電站最重的設(shè)備發(fā)電機定子雙鉤抬吊技術(shù)

卜富財

(中國中原對外工程有限公司，上海 200051)

1 工程概況

某第三代核電站常規(guī)島發(fā)電機定子外形尺寸為12 900 mm×5 460 mm×4 910 mm，定子同側(cè)吊耳中心間距為5 080 mm，異端吊耳中心間距為5 180 mm，定子筒身直徑 4 700 mm。設(shè)備重量為510.2 t，使用汽機間廠房400 t及160 t行車由0 m檢修場地抬吊至9 m層平臺就位。

2 雙機抬吊工藝流程

吊裝前準備→工作定子運入廠房→檢查驗收→臨時起吊、底座清理→正式起吊→運行至汽輪機平臺上方(+9.6 m以上)→運行至基礎(chǔ)中心線處→運行至發(fā)電機基礎(chǔ)正上方→緩慢落下定子→就位完成→拆除起吊工具。

3 雙機抬吊工藝實施

3.1 定子運入汽機廠房

發(fā)電機定子由中原委托大件運輸公司運輸至主廠房檢修場地，倒車進入11軸、B-5/A軸。特別注意：定子裝車時，勵端對著車頭，汽端對著車尾。放線運輸示意見圖1，定子縱向中心線距B軸線7 m，汽端距9軸線1.5 m處停止，車尾不超過8軸線。根據(jù)大件運輸公司提供的參數(shù)如圖1所示，定子運輸車輛對地面載荷3.8 t/m2，主廠房0 m、8-11軸、B-5/A軸樓面設(shè)計載荷為5 t/m2，滿足要求。

3.2 檢查驗收

1)核對銘牌參數(shù)、檢查外觀碰撞情況和兩端封口應(yīng)完好。

2)再次確認定子重量、尺寸、吊耳位置與技術(shù)方案一致。

3)核對安裝方向，勵端面向11軸，并做好標記。

4)設(shè)計圖紙、廠家圖紙與發(fā)電機定子實物一致。

5)臺板的調(diào)整墊片清潔無污物。

3.3 模擬吊裝

采用400 t、160 t行車雙機抬吊時，先進行模擬吊裝試驗。在兩臺行車單獨負荷試驗完成后，才能進行并車模擬吊裝試驗，由配重塊代替設(shè)備進行模擬。

3.3.1 行車并車

為了保證雙鉤抬吊并車的同步性，其中一臺行車的起升機構(gòu)和運行機構(gòu)速度依據(jù)另一臺行車實際選型確定的速度而定，其速度的同步性可達到99.5%。另外，通過電氣控制，可使并車同步得到更有力的保證。為此，行車在制造過程中就要求廠家設(shè)計上增加大小行車雙鉤并車抬吊工況，吊裝前廠家技術(shù)人員現(xiàn)場調(diào)試，確保行車并車功能的可靠。

(1)機械方面要求

平衡梁與轉(zhuǎn)子吊具采用鉸軸相連，轉(zhuǎn)子吊具通過推力軸承支承在平衡梁上，保證轉(zhuǎn)子始終處于自由垂直狀態(tài)。兩臺橋式起重機的主鉤分別通過鉸軸，聯(lián)接平衡梁兩端頭。經(jīng)過受力平衡計算，準備定位平衡支點，保證平衡梁處于自由水平狀態(tài)。平衡梁與轉(zhuǎn)子吊具采用鉸軸相連，轉(zhuǎn)子吊具通過推力軸承支承在平衡梁上，保證發(fā)電機轉(zhuǎn)子始終處于自由垂直狀態(tài)。汽機房的兩臺橋式起重機進行并車操作時，通過并車通訊電纜將兩套電氣控制系統(tǒng)連接，進而方便完成機械并車，通過以太網(wǎng)通信實現(xiàn)聯(lián)合起吊。

(2)電氣方面要求

按照抬吊方案，在聯(lián)動操作臺上設(shè)置有以下并車功能相關(guān)開關(guān)，如表1所示。

表1 聯(lián)動操作并車功能指令步驟表

考慮現(xiàn)場兩臺車并車的要求， 每臺行車配置西門子以太網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，通訊模塊之間通過網(wǎng)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，同時，在聯(lián)動臺上設(shè)有 3 位轉(zhuǎn)換開關(guān)，分別標有 “主車”“單車”及“從車”?，F(xiàn)場不需要并車時，選擇開關(guān)必需置于 “本車”狀態(tài)。如果現(xiàn)場需要并車，在一臺橋機上選擇“主車”，另外一臺橋機選擇“從車”， “主車”可以操作控制“從車”，實現(xiàn)各個機構(gòu)同步，任何一臺橋機出現(xiàn)故障時，兩臺橋機同時停止動作。

3.3.2 模擬吊裝

起吊前將兩臺行車轉(zhuǎn)為并車狀態(tài)，如圖2所示：由1臺行車司機室進行控制，使兩臺行車提升機構(gòu)、小車、大車同步運行。在運行過程中若發(fā)現(xiàn)不同步現(xiàn)象，則解除并車，單獨運行一臺行車進行調(diào)整，調(diào)整后再恢復(fù)成并車狀態(tài)。

圖2 定子模擬吊裝示意圖Fig.2 Schematic of simulated hoisting of the stator

使用兩臺行車主鉤吊起抬吊扁擔。做主鉤提升下降、小車運行、大車運行等動作，觀察同步性，合格后進行抬吊配重試驗。模擬試驗配重塊吊裝方式見上圖，將配重吊至主廠房吊物孔正上方(+9.6 m以上)，不做下降動作。按照定子吊裝路線將配重吊至發(fā)電機基礎(chǔ)上方停止，觀察各機構(gòu)同步性。

1)空間校核：160 t行車主梁底部標高為+20.9 m，抬吊扁擔頂部距試吊架底部為8.43 m，試吊架底部標高為+9.5 m，垂直方向上空間余量20.9-8.43-9.5=2.97 m，滿足模擬試驗要求。

2)吊具校核：試吊架與抬吊扁擔之間φ135 mm整圈鋼絲繩強度校核：鋼絲繩整圈長度26 m，拉長對折后中部掛于抬吊扁擔吊銷上，兩端套在試吊架吊銷上，同根鋼絲繩所連試吊架吊銷間距為3.8 m，共8股鋼絲繩受力，1.25倍靜負荷試驗時吊物最重為485 t，受力分析計算得每股鋼絲繩受力為63.4 t。鋼絲繩破斷拉力大于560 t，則安全系數(shù)大于8.8。

主鉤與抬吊扁擔之間100 t吊帶強度校核：100 t吊帶長24 m，兩次對折后中部與抬吊扁擔上部吊銷相連，兩頭掛于行車主鉤上。1.25倍靜載荷試驗時吊物最重為500 t，8股受力。試吊架吊銷之間距離為3 m，受力分析得每股吊帶受力為64.6 t，100 t吊帶強度滿足要求。

3)吊銷強度校核，吊銷立板厚受剪切力面積最小為0.03 m×0.15 m。單個吊銷立板最大受力為0.03×0.15×235 000 000=1 050 000 N，約為105 t。受力分析得每個吊銷立板受力最大為63.6 t。滿足要求。吊銷直徑140 mm，受剪切力面積為3.14×0.07 m2，最大受力為361 t，安全系數(shù)361/63.6=2.26，滿足要求。

吊銷立板下半部分與試吊架主梁焊接連接，焊縫總長2×115 mm，角焊縫焊腳高度18 mm，焊縫最大受力為1311 t，滿足要求。試吊架主梁強度校核:配重塊放置于試吊架上，近似均布載荷。

尺寸參數(shù)B=0.3 m，H=1.15 m，b=0.27 m，h=1.09 m，L=10.4 m，l=3.8 m

荷載計算：(小數(shù)點后進位計算)配重塊均布在支架上，可視為均布荷載：

荷載計算：(小數(shù)點后進位計算)由上可知：q=1.1×(q1+q2)=440.10 kN/M。

受力分析：最大剪力為：Fmax=FA=FB=q(2a+l)/2=440.10×10.4/2=2 288.52 kN。

=81.43×106Pa=81.43 MPa≤100 MPa，綜合此支架滿足現(xiàn)場試驗要求。

3.4 定子吊裝

3.4.1 臨時起吊、底座清理

使用400 t、160 t行車主鉤吊起抬吊扁擔，將2根26 m長整圈鋼絲繩掛中部掛在抬吊扁擔鉤頭上，兩端套在定子兩側(cè)的吊耳上，如圖3所示。若定子吊裝時鋼絲繩未能及時供貨，則更換為兩根100 t吊帶。將兩臺行車轉(zhuǎn)入并車狀態(tài)，由400 t行車操作員同時控制兩臺行車。

圖3 定子吊裝示意圖Fig.3 Schematic of stator hoisting

松開定子與運輸架之間的連接螺栓，起吊定子50 cm左右，再下降20 cm，檢查行車剎車系統(tǒng)應(yīng)安全可靠，各鋼絲繩受力均勻，平衡梁保持水平狀態(tài)。若有異常情況，應(yīng)立即松鉤，查明原因且處理完畢后，重新進行本步驟的試吊工作。

將定子臨時擱置。檢查吊機制動性能及各機構(gòu)的運行狀態(tài)應(yīng)正常，同時對定子底座與臺板水平接觸面部位進行檢查清理，應(yīng)平整光潔無毛刺。

3.4.2 正式起吊

起吊定子，1檔起步，逐漸升至3檔。在定子底部超過發(fā)電機臺板標高+9.6 m后，停止提升。先驅(qū)動兩臺行車小車，將定子平移至基礎(chǔ)中心線位置，再驅(qū)動兩臺行車大車，將定子平移至其正基礎(chǔ)上方。

鉤頭提升監(jiān)測：起吊過程中通過觀察抬吊扁擔指針是否與扁擔垂直來監(jiān)視抬吊扁擔水平度，若抬吊扁擔不水平，則停止起吊，單獨控制較低側(cè)行車主鉤提升至扁擔水平，再同步提升。

小車、大車驅(qū)動監(jiān)測。在160 t行車小車上靠近400 t鉤頭鋼絲繩位置，固定一根塑料管，端部制成直角坐標，貼上色標，靠近400 t鉤頭鋼絲繩位置，縱橫方向間距20 cm。塑料管另一端固定在160 t行車小車上。并車狀態(tài)下驅(qū)動大車或小車時，監(jiān)測400 t鉤頭鋼絲繩與塑料管相對位置，超過20 cm時，則停止，解除并車狀態(tài)，行車單獨運行，調(diào)整相對位置。調(diào)整后再切換為并車狀態(tài)，繼續(xù)運行大車或小車，如圖4所示。

3.4.3 就位

定子吊至其臺板上方20 cm左右時停止，檢查臺板楔形墊片，再次清理定子底座。清理完成后，將定子緩慢放置在發(fā)電機臺板上。吊裝過程必須控制平穩(wěn)緩慢避免慣性力的產(chǎn)生，嚴禁與地腳螺栓、錨固板相碰。完成定子吊裝工作。

4 相關(guān)校核

4.1 空間校核

定子運入廠房時縱向中心線距B軸線7 000 mm，起吊扁擔400 t鉤頭側(cè)吊點距B軸線5 400 mm，400 t鉤頭距B軸線極限位置為3 995 mm，滿足起吊要求。起吊時，抬吊扁擔頂部距定子底部公約10.015 m，底部提升最低標高為+9.6 m，160 t行車梁底高度為+20.9 m。垂直提升空間余量為20.9-10.015-9.6=1.285 m，滿足吊裝要求。

4.2 載荷校核

定子起吊重量為510.2 t，起吊扁擔重約16 t，扁擔鉤頭距兩側(cè)吊點距離比例為2∶5。則400 t行車主鉤受力為(510.2+16)×5/7=372.285 7 t，負荷率為372.285 7/400=94%。

160 t行車主鉤受力為(510.2+16)×2/7=150.34 t，負荷率為150.34/160=94%,滿足吊裝要求。

4.3 鋼絲繩校核

160 t行車鉤頭最大提升標高為+20.9 m，發(fā)電機臺板標高為+9.6 m，定子吊裝用扁擔吊銷致扁擔梁頂距離約為0.95 m，考慮到行車鉤頭與扁擔吊耳間間隙等因素，160 t行車鉤頭致扁擔梁吊銷距離約為1.0 m。就位時定子底部需高于臺板約0.2 m，定子底部局定子吊耳高度為2.035 m。故： 吊銷距定子吊耳高度最大取值為：20.9-9.6-1.0-0.2-2.035=8.065 m。 故可取吊耳至扁擔吊銷高度為8.065-2.035=6.03 m。

選取鋼絲繩承重較重的一側(cè)進行校核：對定子受力分析及鋼絲繩綁扎：如圖5所示。

圖5 定子吊裝受力分析及鋼絲繩綁扎示意圖Fig.5 Schematic of stator hoisting force analysis and wire rope binding

F1+F2=G=510.2 t；F1×2 593-F2×2 488=0；則F1=248.93 t，F(xiàn)2=260.37 t。

5 結(jié)語

第三代核電站最大的設(shè)備—發(fā)電機定子，采用汽機房已有的行車，通過總承包方/設(shè)計院/廠家/專業(yè)分包商的共同努力通力協(xié)作，在汽機房進行設(shè)計輸入時和行車制造前就開始策劃實施，在總承包方的科學(xué)管理下，實現(xiàn)了這一創(chuàng)造性的技術(shù)突破，只用了9 h就完成了常規(guī)島發(fā)電機定子這一核電廠最大設(shè)備的吊裝工作，填補了利用汽機房已有行車吊裝的空白，既節(jié)約了租用大型起重設(shè)備和鋪路的成本，又加快了進度并確保了安全，適用于同類大件設(shè)備的吊裝，值得推廣。