福清核电站常规岛发电机定子吊装方案

黄志江，周立民，付然，李庆梅，宣东海，王志军

(中国电力技术装备有限公司，北京市，100052)

0 引言

福清核电站常规岛1号汽轮发电机组发电机定子质量为371 t，设备尺寸(长×宽×高)为10.19 m× 5.4 m×4.2 m，设4个轴式吊耳，卧式就位。厂房内的桥式起重机承载能力有限，无法用于定子吊装就位。经比选，决定采用钢索式液压提升装置［1-2］及配套吊装构架［3］实施定子吊装就位。钢索式液压提升装置选用国内成熟的GYT-200D型系列设备，该设备由4台额定提升力为1 960 kN的千斤顶及配套泵站组成。

1 定子吊装过程

福清核电站常规岛定子吊装设备如图1所示。定子吊装就位过程如下：

(1)将液压提升装置安装在吊装构架的移动架上，将钢绞线穿入千斤顶。钢绞线下端与吊装框架相连。用钢丝绳将定子挂在吊装框架上。

(2)启动液压提升装置，将定子提升至指定高度。

(3)启动液压顶推装置，推动吊装构架的移动架沿固定架的轨道梁移动到指定位置。

(4)再次启动液压提升装置，降落定子就位。

图1 福清核电站定子吊装设备Fig.1 Hoisting device of generator stator in Fuqing nuclear power plant

2 专用吊装构架设计

为了满足福清核电站定子吊装要求，吊装架须具备足够的安全系数，其额定载荷设计为4 900 kN。

吊装构架由移动架、固定架和柱脚箱组成。固定架为被吊物及其就位平台提供了合理、坚固的结构连接，也为移动架提供了移动平台和稳固的支撑。移动架位于固定架之上，用于实现定子的移动。

吊装架构的横向跨度为15.05 m。由于厂房平台梁承载能力有限，所以在平台支柱上设计支座，将固定架轨道梁固定在支座上，以使平台梁不受力。根据平台支柱位置，确定吊装构架纵向跨度，共5跨，跨度分别为12.3 m(位于平台外)、5 m、5 m、5 m和12 m。

平台外，固定架支柱安装区域不能制作混凝土基础，地面承载力仅为0.196 MPa，不能承受弯矩。固定架支柱设计为桁架柱，避免对地基产生弯矩。设计柱脚箱用于安装桁架柱，增大受力面积、分散压力，以满足承载力要求。

2.2 吊装构架吊装时的受力分析

吊装时，吊装构架的载荷主要包括自重力、起升重力、设备重力等。移动架整体移动时，移动架底部还承受水平推力作用。液压提升装置的提升速度平稳、冲击较小，取起升冲击系数为1.0［4］，起升动载系数为1.1［5］，考虑到4点提升时会出现不同步现象，取载荷不均匀系数为1.3。额定吊装质量为500 t，钢索式液压提升设备等总质量为50 t。

吊装构架上单台液压千斤顶作用处的载荷P1、P2、P3、P4分别为

溃坝应急管理是风险管理的一种，有别于人们所习惯的常规管理。溃坝成因往往比较复杂，可以说没有一个完全相同的溃坝模式，而且溃决过程发展迅猛，所以要求人们对其进行深入研究和精心策划，才能取得最佳效果。

采用SAP 2000软件［6］进行计算分析，用梁单元建立吊装构架的整体模型如图2所示。由于移动架沿固定架轨道梁移动，所以经过计算分析可得出内力最大位置，在此位置，计算出吊装构架构件的正应力分布如图3所示，轨道梁上最大正应力为138 MPa。

使用SAP 2000软件可计算出每个构件的应力比。根据GB 50017—2003《钢结构设计规范》［7］中的公式，可算出应力比：

式中：N为所计算构件段范围内的轴心压力，N；φx为弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；A为构件毛截面面积，mm2；βmx为等效弯矩系数；Mx为所计算构件段范围内的最大弯矩，N·mm；γx为对主轴x的截面塑性发展系数；w1x为在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量，mm3；N'Ex为参数，N'Ex= π2EA/(1.1λx2)；λx为对主轴x的长细比；f为钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值，N/mm2。

应力比为式(3)左边计算值除以f的比值。应力比小于1时，构件的强度、稳定性合格［8］。从安全角度考虑，本设计方案限制应力比不超过0.95。经计算，吊装构架各构件的应力比均小于0.95(见图4)，因此其强度及稳定性满足要求。

2.3 柱脚箱设计

柱脚箱必须具有足够的刚度，才能将压力均匀地传递到地面。柱脚箱上设计有横梁及加劲肋等，以保证柱脚箱的刚度。根据前面2.2节的计算，得出固定架支柱的柱脚反力即为柱脚箱的载荷。

图4 吊装构架应力比Fig.4 Stress ratio of hoisting fram e

采用Solidworks软件，使用壳单元建支柱脚箱模型，利用弹簧接头来模拟地面刚度。经分析可知，柱脚箱的应力分布(见图5)满足强度要求；柱脚箱的变形量(见图6)不大，亦满足使用要求。

3 移动架整体移动方案

液压提升装置将定子提升至指定高度后，需要将移动架沿固定架轨道梁移动到指定位置。通过比较分析后采用滑移方式，利用YDT-50液压顶推装置来实现移动架的移动。该液压顶推装置由2台顶推力为490 kN的液压缸组成(见图7)，顶推液压缸的一端连接移动架，另一端与夹轨器连接。夹轨器安装在QU100钢轨上，顶推时夹紧轨道，为液压顶推装置提供反力。

图7 液压顶推设备Fig.7 Hydraulic incremental launching device

为了减少滑移时的摩擦力，采用聚四氟乙烯［9］(poly tetra fluoro ethylene，PTFE)减摩材料。干摩擦情况下，该种材料与钢材的摩擦系数为0.04～0.08。移动架的滑移距离为50 m。如果在轨道梁上铺设减摩材料，成本很高，因此本方案设计滑靴，此滑靴与移动架连接。在滑靴底部安装固定PTFE滑块，与钢轨组成摩擦副。同时，为了提高移动的导向性，在滑靴前后设置了导向轮(见图8)。

图8 滑靴Fig.8 Slipper

吊装构架与被吊物等的总质量约为600 t，根据式(4)计算出每台液压顶推装置需要克服的摩擦力F为

式中：μ为摩擦系数；N为正压力，kN。

因为F小于490 kN，所以顶推装置满足移动架滑移的动力要求。

此种顶推移动方案经现场使用(见图9)，效果很好，移动平稳，满足核电站建设的严格要求。

图9 液压顶推装置现场作业照片Fig.9 On-site photos of hydraulic incremental launching device

4 结论

福清核电站常规岛1号发电机定子于2011年11月完成了吊装。定子吊装前，在现场进行了载荷试验，试验结果表明各项数据正常。定子吊装时，提升及移动过程平稳、顺利，只用了不到1天时间就完成了吊装工作。

根据理论分析计算和现场实施情况，可以得出以下结论：

(1)本文介绍的吊装构架结构紧凑、安全可靠，支柱采用桁架柱与柱脚箱结构，降低了对基础的要求。

(2)钢索式液压提升装置具有起重能力大、结构紧凑和可自动闭锁等优点，非常适合发电机定子等设备的吊装工作。

(3)顶推滑移方式平稳、无冲击、安全可靠，可广泛推广应用。

(4)本方案对同类型的吊装方案设计具有一定的参考价值。

［1］缪谦.钢索式液压提升装置［J］.起重运输机械，2003(9)：28-31.

［2］郑基彦，陈超华，杨黎峰.液压提升装置在电厂定子吊装中的应用［J］.起重运输机械，2006(12)：66-70.

［3］冯晓红.发电机定子吊装用吊装架的设计［J］.电力建设，1997，18 (2)：17-18.

［4］GB/T 3811—2008起重机设计规范［S］.北京：中国标准出版社，2008.

［5］张志文.起重机设计手册［M］.北京：中国铁道出版社，1998.

［6］北京金土木软件技术有限公司.SAP 2000中文版使用指南［M］.北京：人民交通出版社，2012.

［7］GB 50017—2003钢结构设计规范［S］.北京：中国标准出版社，2003.

［8］陈绍蕃.钢结构设计原理［M］.北京：科学出版社，2005.

［9］石淼森.固体润滑技术［M］.北京：中国石化出版社，1998.