水電站磁極吊裝工具設(shè)計(jì)及應(yīng)用

施仁毅，代軼帥，馮 盾，呂 強(qiáng)

(湖北清江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443000)

水布埡電站位于湖北省巴東縣境內(nèi)，是清江流域梯級(jí)電站第一級(jí)，共4臺(tái)機(jī)組，單臺(tái)裝機(jī)400 WM，總裝機(jī)1 600 MW。單臺(tái)機(jī)組磁極共有20對(duì)，其磁極長(zhǎng)約3 400 mm，重約86 kN。要將磁極安全吊出并放倒進(jìn)行檢查處理，需要設(shè)計(jì)專用吊裝工具。本文就水布埡電站磁極吊裝工具設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 現(xiàn)有磁極吊裝方案介紹

自2016年以來(lái)，水布埡電站C級(jí)及以上檢修中，都需要把磁極吊出檢查處理(如圖1)。水布埡電站至投產(chǎn)以來(lái)，機(jī)組磁極吊裝方案是：在主鉤上掛兩根8 t 10 m吊帶，吊帶自下而上鎖緊磁極，再用尼龍繩自上而下打腰繩。原方案在實(shí)施過(guò)程中，由于主鉤起吊點(diǎn)(鉛垂線)難以做到與磁極重心重合，起吊過(guò)程中磁極容易發(fā)生傾斜，如果傾斜角度較大，會(huì)出現(xiàn)磁極從側(cè)邊滑出的風(fēng)險(xiǎn)；在整個(gè)捆綁中也費(fèi)時(shí)費(fèi)力；在磁極吊起后放倒，磁極上部也容易從吊帶中滑出，造成磁極摔地，嚴(yán)重?fù)p傷磁極。

圖1 原磁極吊裝

在吊裝磁極整個(gè)過(guò)程中主要存在以下幾點(diǎn)困難[1]：

1)磁極本身無(wú)吊點(diǎn)。因磁極由線圈及框架組成，其精密度及導(dǎo)電性能要求極高，故無(wú)法在磁極框架上焊接吊點(diǎn)。

2)磁極放倒和豎起過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)較大。由于磁極質(zhì)量和體積較大，用吊帶吊起放倒時(shí)，吊帶極易側(cè)滑，使磁極滑落而造成事故。

3)磁極棱角鋒利，容易割傷吊帶。為迫切解決吊裝過(guò)程的難題，消除較大的安全隱患，需要設(shè)計(jì)磁極吊裝專用工具。

2 磁極吊裝工具的設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

磁極吊裝工具設(shè)計(jì)必須滿足以下幾點(diǎn)要求[2]：

1)其承重量要大于120 kN，磁極自身重約86 kN，吊出時(shí)T型榫頭與磁軛間有最大約3 t的摩擦力。

2)磁極間最小間隙約8 cm，考慮到起吊平穩(wěn)問(wèn)題，需要留有部分間隙[3]，故設(shè)計(jì)的工具側(cè)邊厚度不能超過(guò)5 cm。

3)框體上應(yīng)有承重吊耳，放倒時(shí)能承受側(cè)拉力。

4)框體能安全放入磁極間指定位置，因磁極間隙小，需要將框體分成兩部分，主體框架從上面吊入，底板從下端旋入。

2.2 參數(shù)確定

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的部分?jǐn)?shù)據(jù)，我們畫(huà)出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖(如圖2)[4]及設(shè)計(jì)參數(shù)圖(如圖3)。

圖2 磁極吊裝工具設(shè)計(jì)

圖3 磁極吊裝工具設(shè)計(jì)參數(shù)

其框體、底座及吊耳采用Q235鋼，因吊裝承重主要在螺桿上，螺桿采用材質(zhì)為Q235鋼或中碳鋼的梯形螺紋Tr36x6，設(shè)計(jì)的具體參數(shù)如表1所示。

表1 磁極吊裝工具設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 參數(shù)說(shuō)明及校核

1)考慮到起吊過(guò)程中的摩擦力，校核取總重量G=120 kN，Q235鋼的許用應(yīng)力為160 MPa，屈服應(yīng)力為240 MPa。框體厚度為20 mm，框體與螺桿間滿焊連接，其承重的易發(fā)生斷裂處集中在螺桿處，故不單獨(dú)對(duì)框體進(jìn)行校核?？紤]到吊帶的選型、使用方便性及成本，此處也簡(jiǎn)單對(duì)吊帶進(jìn)行驗(yàn)算校核。

2)螺桿的校核。單根螺桿的拉伸應(yīng)力：

σ=G/S=120 kN/817 mm2=146.9 MPa<σs

式中：S為單根螺桿的截面有效面積。

單根螺桿的切應(yīng)力τ：由于起吊過(guò)程中螺桿幾乎不受水平作用力，故無(wú)需對(duì)剪切力進(jìn)行校核。

由上面螺桿校核可知，所選螺桿尺寸及強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3)吊帶的校核。吊帶用卡環(huán)與吊耳相連并直接掛在橋機(jī)主鉤上，10 m吊帶對(duì)折長(zhǎng)為5 m，兩吊耳間距為300 mm，起吊時(shí)吊帶與豎直方向夾角約為18°，考慮到吊帶繞過(guò)主鉤，校核時(shí)取20°，單根吊帶最大承受拉力。

F=G/2/cos20°=6.39 t

故選用兩根8 T吊帶滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 結(jié)論

經(jīng)校核計(jì)算，當(dāng)采用設(shè)計(jì)的磁極專用吊具及兩根8 T吊帶吊裝水布埡磁極時(shí)，各項(xiàng)參數(shù)均在許用的安全參數(shù)范圍內(nèi)，故其專用工具是安全可靠的，能滿足實(shí)際使用需求。

3 磁極吊裝

磁極吊裝[5]步驟分為三步：1)吊裝前準(zhǔn)備。吊裝前進(jìn)行安全交底，專人檢查專用工具有無(wú)損傷、螺桿有無(wú)銹蝕、螺帽是否能正常旋入和退出、吊帶有無(wú)損傷、人員是否就位。

2)正式起吊。首先將專用工具用主鉤從發(fā)電機(jī)層磁極間隙中放入，兩側(cè)主板卡住磁極(如圖4)，通過(guò)專用工具夾緊磁極，上下墊入枕木，再?gòu)纳巷L(fēng)洞層裝入底板，并用管鉗擰緊，隨后起吊。

圖4 工具裝入圖

3)放倒。磁極吊起后，用雙鉤放倒(如圖5)，為防止磁極在放倒過(guò)程中側(cè)滑，在起吊過(guò)程中，增加了四條間距相等的捆帶，固定磁極與框架。

圖5 磁極放倒圖

4 安全性和便利性

1)消除了磁極吊裝操作過(guò)程中的系列安全風(fēng)險(xiǎn)，磁極吊裝過(guò)程中不會(huì)發(fā)生前后重心偏移，在放倒和豎起時(shí)安全可靠。

2)提高了功效，吊出一塊磁極的時(shí)間由原來(lái)3 h縮短為1.5 h，人員由原來(lái)的10人縮減到現(xiàn)在5人，大大提高了效率。

3)專用工具分成兩部分便于搬運(yùn)、安裝和拆卸，并且推廣到隔河巖磁極吊裝工具優(yōu)化工作中。

使用專用工具對(duì)磁極進(jìn)行吊裝，起吊平穩(wěn)性和安全性良好。整個(gè)操作過(guò)程，減少了人員，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了時(shí)間，提高了整體效益。

5 現(xiàn)場(chǎng)效果驗(yàn)證

設(shè)計(jì)的專用工具，自2018年以來(lái)，已經(jīng)在水布埡電廠機(jī)組的歷次檢修中得到了應(yīng)用，并在水布埡電廠2019年機(jī)組擴(kuò)修中進(jìn)行了20對(duì)磁極持續(xù)吊裝的檢驗(yàn)。事實(shí)證明，該工具安全可靠，能滿足水布埡機(jī)組檢修磁極吊裝需求，同時(shí)也大大降低了磁極吊裝過(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了工作效率。

6 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于水電站的B級(jí)以下檢修級(jí)別，一般不用吊出磁極檢查處理，但水布埡電廠機(jī)組自2018年以來(lái)，機(jī)組運(yùn)行不太穩(wěn)定，每次C級(jí)及以上的檢修級(jí)別都需要吊出磁極，特別對(duì)于近年來(lái)機(jī)組的擴(kuò)修，對(duì)磁極吊裝的工期進(jìn)一步縮短，這就對(duì)磁極吊裝工藝提出了更高的要求。在此背景下，設(shè)計(jì)的專用磁極吊裝工具，解決了因磁極間間隙小而無(wú)法裝入常規(guī)吊裝工具、放倒過(guò)程磁極可能滑出的隱患等問(wèn)題，不僅僅提高了工作效率，同時(shí)也大大提高了安全性。該工具也為其他水電站磁極吊裝工藝提供參考。