貫流機(jī)組轉(zhuǎn)子裝配整體運(yùn)輸包裝技術(shù)研究及應(yīng)用

錢 輝 鄭慶新

（1．東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川 德陽(yáng) 618000；2．西南交通大學(xué)，四川 成都 610031）

燈泡貫流式機(jī)組是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的大、中型水輪發(fā)電機(jī)組的一種機(jī)型，由于機(jī)組部件外形尺寸較大，再加上生產(chǎn)制造、運(yùn)輸條件的限制，現(xiàn)有的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組不能在廠內(nèi)進(jìn)行裝配調(diào)試，像定子、轉(zhuǎn)子這樣的大部件一般都是分部套發(fā)運(yùn)到工地后再進(jìn)行裝配調(diào)試。由于很多因素，犍為電站的55MW 轉(zhuǎn)子裝配決定采用整體包裝發(fā)運(yùn)的方式，因此給產(chǎn)品的包裝和運(yùn)輸防護(hù)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

1 磁極、轉(zhuǎn)子支架單獨(dú)包裝

大型磁極裝配包裝，以福建仙游抽水蓄能磁極包裝為例，如圖1、圖2 所示。磁極長(zhǎng)3385mm，寬1085mm，高495mm，質(zhì)量為9233kg。每件磁極包一箱，包裝底盤采用滑木結(jié)構(gòu)，側(cè)面和端面采用箱板、箱檔制成的木箱。磁極縱向采用4 道柔性帶進(jìn)行捆扎加固，以減少慣性造成的產(chǎn)品位移。2 道柔性帶捆扎在磁極中部，將磁極與包裝箱底盤捆為一體，增加了磁極與包裝箱底部的摩擦力，可減少運(yùn)輸過(guò)程中慣性沖擊帶來(lái)的位移。另外2 道柔性帶捆扎在磁極兩端上部，利用“T”形筋倒八字斜拉與包裝箱底盤捆為一體。這樣既增加了縱向拉緊力，又可以緩沖車輛溜放時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，因此能有效限制磁極在包裝箱中的竄動(dòng)，使產(chǎn)品縱向位移完全消除，確保包裝箱的完好無(wú)損。犍為項(xiàng)目磁極長(zhǎng)1821mm，寬330mm，高275mm，質(zhì)量為940kg，數(shù)量為72 件。磁極包裝可2 件裝一箱，中間用層積板隔開(kāi)，其他包裝工藝程序與大型磁極包裝類同[1]。轉(zhuǎn)子支架長(zhǎng)7850mm，寬7850mm，高1800mm，質(zhì)量為84575kg，用中空板、布基膠帶隨形包裝。

2 轉(zhuǎn)子裝配特點(diǎn)分析

大型貫流式機(jī)組的轉(zhuǎn)子支架和磁極歷年來(lái)都是單獨(dú)包裝發(fā)運(yùn)的，由于很多因素，犍為項(xiàng)目的發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子裝配采用整體包裝發(fā)運(yùn)方式。

轉(zhuǎn)子裝配長(zhǎng)8320mm，寬8320mm，高1904mm，質(zhì)量為160170kg，包裝完后長(zhǎng)8650mm，寬8650mm，高2850mm，質(zhì)量為165000kg。由于重要性以及產(chǎn)品本身較大的尺寸和質(zhì)量給包裝運(yùn)輸帶來(lái)了極大困難，因此設(shè)計(jì)安全可靠的包裝對(duì)運(yùn)輸過(guò)程至關(guān)重要。轉(zhuǎn)子裝配三維模型如圖3 所示。

圖3 轉(zhuǎn)子裝配三維模型

3 轉(zhuǎn)子裝配整體包裝方案設(shè)計(jì)

根據(jù)轉(zhuǎn)子裝配的特點(diǎn)，該文著重考慮轉(zhuǎn)子裝配整體防護(hù)、包裝工藝過(guò)程、起吊裝車以及運(yùn)輸車輛選擇等因素制定了整體包裝設(shè)計(jì)方案。產(chǎn)品整體包裝采用鋼木結(jié)構(gòu)，運(yùn)輸過(guò)程中遮蓋專用防雨布。

3.1 內(nèi)包裝設(shè)計(jì)

內(nèi)包裝具有防潮、防銹功能，可減少或阻隔外界潮濕大氣對(duì)產(chǎn)品的影響，保證產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。

內(nèi)包裝采用隨形包裝方式，利用多金屬氣相防銹膜隨形包裹磁極圓周面，下擺部分與鋪底多金屬氣相防銹膜熱合連接，上擺部分隨形包裹磁極上部引線，并用黏膠帶固定在上環(huán)板。多金屬氣相防銹膜是基于高分子材料與VCI 氣相防銹技術(shù)的新一代創(chuàng)新高科技產(chǎn)品。膜體內(nèi)含有的VCI 會(huì)升華揮發(fā)出防銹氣體因子，擴(kuò)散滲透至被防銹物品表面并吸附其上，形成單分子厚的致密保護(hù)膜層，隔絕誘發(fā)銹蝕的各種因素與被防銹物品表面的接觸，從而有效防止銹蝕的產(chǎn)生。

3.2 外包裝設(shè)計(jì)

外包裝具有如下作用：避免產(chǎn)品裸露在外，為組件提供一個(gè)較為封閉的空間；具有一定的防護(hù)功能，維持包裝完整性，方便流通、存儲(chǔ)和周轉(zhuǎn)等環(huán)節(jié)的作業(yè)實(shí)施。外包裝設(shè)計(jì)主要包括底盤設(shè)計(jì)、封箱設(shè)計(jì)和箱內(nèi)固定設(shè)計(jì)。

3.2.1 底盤設(shè)計(jì)

底盤主要是用來(lái)承載產(chǎn)品的，需要考慮產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸車板結(jié)構(gòu)、工裝、場(chǎng)地、成本以及工藝等很多方面的問(wèn)題。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及外形尺寸，底盤設(shè)計(jì)為八邊形結(jié)構(gòu)，由20 號(hào)工字鋼、槽鋼焊接制作，長(zhǎng)8618mm，寬8618mm，高200mm，質(zhì)量為3620kg。

3.2.2 封箱設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子裝配包裝三維模型如圖4 所示。產(chǎn)品包裝封箱主要使用層積方、層積板和竹纖板。包裝箱底盤鋪設(shè)竹纖板，立柱使用截面100×80 層積方，與底盤之間用螺栓連接。搭建包裝箱外圍八邊形框架，在產(chǎn)品中心放置八邊形角鋼架。在角鋼上用螺栓把合截面80×60 層積方形成內(nèi)、外兩側(cè)的八邊形結(jié)構(gòu)。用截面80×40 的扁方在內(nèi)、外八邊形之間搭建傘狀龍骨，用層積板、竹纖板封箱，以鋼釘連接。

圖4 轉(zhuǎn)子裝配包裝三維模型

3.2.3 箱內(nèi)固定設(shè)計(jì)

箱內(nèi)固定主要是為了防止運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)品與底盤發(fā)生相對(duì)位移，產(chǎn)品放置在底盤上后分別沿橫向、縱向設(shè)置3 處擋焊。在垂直方向，考慮只能起吊產(chǎn)品本體，因此設(shè)計(jì)利用重型打包帶、連接螺桿連接產(chǎn)品與底盤。

產(chǎn)品質(zhì)量M=160170kg，運(yùn)輸過(guò)程中的跳動(dòng)忽略不計(jì)，僅考慮產(chǎn)品與包裝箱橫向、縱向的相對(duì)滑動(dòng)。木與鋼板之間的摩擦系數(shù)取μ=0.4，則產(chǎn)品與底盤之間滑動(dòng)時(shí)的摩擦力F=M×μ=640kN。

采用100mm×100mm 擋塊，設(shè)置8 處擋焊，每條焊縫長(zhǎng)×寬為100mm×10mm，縱向滑動(dòng)時(shí)（向前或者向后）4 條焊縫承受抗壓。焊縫面積S=0.1×0.01×4=0.004m2，焊縫承壓σ=F/S=160MPa。焊縫強(qiáng)度可視為與母材型鋼強(qiáng)度相當(dāng)，即200MPa。焊縫強(qiáng)度大于焊縫承受的抗壓，擋焊滿足要求。

4 轉(zhuǎn)子裝配運(yùn)輸方案設(shè)計(jì)

4.1 路線勘察

產(chǎn)品運(yùn)輸路線為從德陽(yáng)至樂(lè)山段，全程245km，道路條件完全滿足要求。從樂(lè)山五通橋區(qū)至犍為電站段全程32.7km，道路為雙向兩車道，由于產(chǎn)品尺寸超限，需要斷道通行。

4.2 裝載機(jī)具

貨物質(zhì)量為165000kg，采用多軸多輪液壓平板車運(yùn)輸，車輛每軸線（一線2 軸8 輪胎）的平均軸荷不超過(guò)18000kg 或者最大軸荷不超過(guò)20000kg。按照平均軸載荷不超過(guò)18000kg計(jì)算，則需要軸線數(shù)n=M/18000=8.89，至少需要9 軸以上的液壓平板車。貨物長(zhǎng)8320mm，車板長(zhǎng)度至少在10m 以上。液壓平板車軸距1550mm，至少選用7 軸線。貨物寬8320mm，考慮承載面和運(yùn)輸過(guò)程中的穩(wěn)定性，選用3 縱列液壓平板車，車寬5400mm。

綜合以上因素，最終選用3 縱列8 軸線液壓平板車作為裝載運(yùn)輸機(jī)具。其由活絡(luò)端梁、單元車和縱橫向連接部件等組成。在結(jié)構(gòu)上采用平板網(wǎng)絡(luò)單箱形主梁的車架，7.50 R15 小輪胎液壓懸掛三點(diǎn)支承。采用液壓全輪牽引轉(zhuǎn)向或控制轉(zhuǎn)向，雙管路全輪制動(dòng)（根據(jù)《超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理規(guī)定》（交通運(yùn)輸部令2016 年第62 號(hào)）規(guī)定）。主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 液壓平板車主要參數(shù)

4.3 加固方案

圖5 轉(zhuǎn)子裝配裝車加固模型

5 運(yùn)輸包裝力值計(jì)算

轉(zhuǎn)子在運(yùn)輸包裝過(guò)程中會(huì)受到各種作用力，根據(jù)加固規(guī)則，各種力的大小計(jì)算如下。

5.1 縱向慣性力

縱向慣性力（kN）如公式（1）所示。

式中：t0為縱向慣性力值，表示轉(zhuǎn)子每噸的縱向慣性力值，kN/t；Q為貨物質(zhì)量，t。

5.1.1 采用剛性加固時(shí)

采用剛性加固時(shí)的縱向慣性力值（kN/t）如公式（2）所示。

式中：Q總為運(yùn)輸車輛總質(zhì)量（含產(chǎn)品質(zhì)量）。

如果Q總大于130t，按130t 計(jì)算。

5.1.2 采用柔性加固時(shí)

麻姑、鐘馗、八仙是道教中的人物，同時(shí)在中國(guó)藝術(shù)體系中，這類題材具有更鮮明的世俗色彩和更廣泛的民眾基礎(chǔ)，尤其明清時(shí)期此類題材的繪畫創(chuàng)作更是反映了廣闊的市民社會(huì)生活情態(tài)。

采用柔性加固時(shí)的縱向慣性力值（kN/t）如公式（3）所示。

式中：Q總為車輛總質(zhì)量（含產(chǎn)品質(zhì)量）。

如果是車輛跨裝運(yùn)輸，按運(yùn)輸總質(zhì)量計(jì)算。當(dāng)Q總大于150t 時(shí)，t0=5.88（kN/t）。

5.2 橫向慣性力

橫向慣性力（kN）如公式（4）所示。

式中：n0為橫向慣性力值，表示轉(zhuǎn)子每噸力值，kN/t；Q為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，t。

橫向慣性力值（kN/t）如公式（5）所示。

式中：a為轉(zhuǎn)子重心偏離包裝底座橫中心線的距離，mm；l為運(yùn)輸車輛（包裝底座）中心寬度，mm。

5.3 垂直慣性力

垂直慣性力（kN）如公式（6）所示。

式中：q垂為垂直慣性力值，表示轉(zhuǎn)子每噸的力值，kN/t；Q為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，t。

5.3.1 使用敞車和普通平車裝載時(shí)

使用敞車和普通平車裝載時(shí)的垂直慣性力值（kN/t）如公式（7）所示。

5.3.2 使用長(zhǎng)大貨物車裝載時(shí)

使用長(zhǎng)大貨物車裝載時(shí)的垂直慣性力值（kN/t）如公式（8）所示。

式中：a為產(chǎn)品轉(zhuǎn)子重心離包裝底座中心線的垂直距離，mm；l為負(fù)重車轉(zhuǎn)向架中心距，mm。

5.4 風(fēng)力

風(fēng)力（kN）如公式（9）所示。

式中：q為計(jì)算風(fēng)壓的系數(shù)（與所受風(fēng)面的形狀有關(guān)。如果是平面，q取0.49kN/m2；如果是圓柱體側(cè)面，q取0.245kN/m2）；F為側(cè)向迎風(fēng)面的投影面積，m2。

5.5 摩擦力

縱向摩擦力（kN）如公式（10）所示。

橫向摩擦力（kN）如公式（11）所示。

式中：Q為貨物質(zhì)量，t；Q垂為貨物的垂直慣性力，kN；μ為摩擦系數(shù)，木與鋼板之間摩擦系數(shù)取μ=0.5。

計(jì)算得出縱向慣性力為1615.35kN，橫向慣性力為465.3kN，垂直慣性力為747.45kN，縱向風(fēng)力為13kN，橫向風(fēng)力為13kN，縱向摩擦力為808.5kN，橫向摩擦力為434.76kN（根據(jù)《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》（鐵運(yùn)[2006]161號(hào)）規(guī)定）[2]。

所需縱向加固力F縱 加=T-F縱 摩+W縱 風(fēng)=793.85kN，所需橫向加固力

6 包裝運(yùn)輸過(guò)程驗(yàn)證

根據(jù)上述包裝方案的設(shè)計(jì)，操作人員進(jìn)行了轉(zhuǎn)子裝配包裝作業(yè)，轉(zhuǎn)子裝配整體包裹氣相防銹膜并用黏膠帶固定。吊至底盤上后進(jìn)行內(nèi)部擋焊，并用打包帶將產(chǎn)品與底盤連接好，再吊至車板上進(jìn)行封箱包裝。包裝工序包括1）將分瓣底盤連接好后放置在高度1m 的工裝支墩上，支墩應(yīng)支撐在底盤上對(duì)應(yīng)的受力位置處。2）底盤上隨形鋪設(shè)層積板，再在層積板上鋪設(shè)一層多金屬氣相防銹膜，產(chǎn)品與底盤接觸位置放置40mm 厚層積板。3）將提前隨形包裹好的轉(zhuǎn)子裝配吊裝到底盤上，連接轉(zhuǎn)子裝配與底盤并做好限位，再將多金屬氣相防銹膜進(jìn)行熱合連接，使整個(gè)過(guò)程吊車不落鉤。4）將轉(zhuǎn)子裝配和底盤一同吊至車板上，移走吊車，底盤分瓣面應(yīng)與車輛前進(jìn)方向垂直。5）在車板上進(jìn)行包裝箱的框架、傘狀龍骨搭建，用層積板封箱，最后遮蓋隨形定制防雨布。

經(jīng)過(guò)3 天的運(yùn)輸，2021 年1 月15 日9 點(diǎn)30 分左右，轉(zhuǎn)子裝配順利運(yùn)送到電站并交付業(yè)主。

7 結(jié)論

轉(zhuǎn)子裝配的整體包裝運(yùn)輸設(shè)計(jì)還需要考慮很多因素，如具體的物流工況和內(nèi)包裝材料隨時(shí)間、溫濕度變化的具體性能參數(shù)的改變，需要更多的數(shù)據(jù)和測(cè)試做支撐。該文對(duì)轉(zhuǎn)子裝配的整體包裝運(yùn)輸進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠緊貼產(chǎn)品包裝運(yùn)輸實(shí)際情況，從產(chǎn)品具體性能出發(fā)，在滿足基本運(yùn)輸包裝要求的同時(shí)，降低了成本，提高了效率，驗(yàn)證了大型貫流機(jī)轉(zhuǎn)子裝配整體包裝發(fā)運(yùn)的可行性，可為后續(xù)貫流機(jī)組轉(zhuǎn)子裝配包裝發(fā)運(yùn)實(shí)現(xiàn)方式提供一種新的選擇，并為今后國(guó)內(nèi)外同類型產(chǎn)品的包裝運(yùn)輸提供借鑒。