大型火电机组发电机定子吊装架构设计和运用分析

斯保兴

（中国能源建设集团江苏省电力建设第一工程有限公司，江苏 南京 210001）

随着我国社会经济不断发展，近些年我国大力倡导节能减排，这也让火电机组逐渐“上大压小”的方向发展，逐渐实现改革目标。在火力发电机组当中，单机发电功率越大，燃煤燃烧率越高，并且可以减少污染量。所以2×600MW超临界机组在我国电力行业中的应用愈加广泛。而大型机组出现，发电机定子重量、尺寸规格也随之上升，定子重量可达300t以上，以往的吊装方法已经难以满足定子吊装要求。本文主要介绍了350t级卷扬提升装置，由于该装置架构技术更加成熟，适用于600MW火电机组发电机定子吊装，在定子单件吊装中应用十分广泛。因此为了满足本次定子吊装要求，需要为其开发一套完善的多功能组合吊装架构，从而顺利完成发电机定子吊装作业任务。

1 工程概述

华润电力常熟2×600MW超临界机组安装当中，发电机定子为东方电机股份有限公司生产，重量达到了为326t，运输重量为336t。运输规格尺寸为9960mm×5004mm×4540mm。定子安装在汽机房13.7m的汽机运转层当中。汽机房中设置两台行车，最大荷载量为80t，远远无法满足定子吊装要求，再加上汽机房是封闭空间，厂房高度空间小、地形复杂，流动式起重机等起重设施难以在内部布设，所以本次作业的最大难点就是吊装就位工作。通过项目专项讨论决定设计一套专门的吊装架构完成本次作业。

2 发电机定子吊装架构设计方案

2.1 整体结构设计

本次提出的350t级卷扬提升装置本质上相当一台高低腿式350t的龙门式起重机，该提升装置结构主要包括主梁、短地梁、长地梁、短支腿、长支腿，起升结构中主要包括卷扬机以及扁担、定滑轮、动滑轮构成，长支腿和短支腿与主梁连接，地梁与支腿一侧连接。主梁上布置配定滑轮装置，也就是主梁小车，下部安装了4个120t土坦克（重物移运器），为了保证运行的稳定性、不偏轨，使用4只10t葫芦驱动小车行走结构，本次设计中不采用大车行走装置，由于结构中的地梁和支腿相连接，需要在稳固、坚实的地面上放置地梁[1]。

2.2 安装流程设计

根据发电机定子实际情况制定吊装工序，将吊装架构在指定位置固定完成后，将厂房中的定子托运到吊装装置下方，根据汽机平台标高，使用卷扬机水平提升定子高于平台一定距离，利用驱动小车带动定子向前移动10m距离，将定子放置到安装部位上方，平稳、缓慢的将定子放到安装部位即可。

2.3 设计扩展

结合本次吊装工作需求，吊装架构采用了350t级卷扬提升装置，可以顺利完成600MW火电机组发电机定子吊装需求，也可以在135MW～350MW机组的定子吊装领域中使用。但为长远考虑，满足后续1000MW机组吊装工程（吊装架构要吊装500t以上定子），本次设计采取了可扩充设计方案，理论上可以达到800t的吊装等级。

2.4 吊装架构尺寸设计

根据吊装工程实际情况，制定吊装架构整体设计尺寸。结合设计方案的尺寸标准以及汽机房平面图，本次设计的主梁长度、高度、跨度分别为19250mm、2050mm、17050mm，柔性腿和刚性腿的长度分别为19860mm、6062mm，采用整体化设计主梁、柔性腿、刚性腿。为了保证钢结构承载性能，其材料采用了Q345B，钢结构整体重量为100t。

2.5 内部结构设计

（1）设计中采用了2台卷扬机驱动（20t）作为起升结构，在0m层安装卷扬机，在柔性腿上设置2只导向滑轮，在长支腿主梁上设置另外2只导向滑轮，滑轮组中心线要求和结构中心线重合，在短支腿端设置钢丝绳终根。

（2）设计中的主梁、扁担、腿、下部地梁箱型梁结构形式，为了保持结构稳定性，短支腿设计采用双支腿方案，为内八字布置形式，严格控制倾斜角度。

（3）滑轮组采用额定荷载250t级，每组中设置10个滑轮，分为2套4组滑轮，滑轮组设计的水平度（主梁）、垂直度都要满足允许偏差标准，由于滑轮组设计决定了下部扁担梁设计标准，所以尽可能保证滑轮分组布置横向尺寸较小[2]。

（4）必须要保证焊接部位足够牢靠，充分考虑焊缝问题，避免在跨中和受力集中部位产生焊缝问题。整体钢结构设计要考虑制造便利、安装稳固、运输方便、易于维护，整体结构受力分析简单，最大限度上减少应力集中问题。

3 可行性计算分析

本次吊装架构设计中的结构简单，应力容易计算，但要确保主梁的承载性、稳定性满足定子吊装要求，其余部位参考计算书即可。

3.1 弯曲应力

结合设计图纸内容，本次设计桥梁跨度和总长分别为17050mm、19250mm，钢材为Q345B，腹板之间增设了横纵加劲筋，整体重量为33667.1kg。主梁截面尺寸见图1。卷扬机提升装置设计荷载为350t，而扁担、跑车、钢丝绳、起升千斤、滑轮组等吊具总重量约为15t。通过设计计算，计算荷载为3934.7KN、主梁自重329937.58N，小车上土坦克中心距为900mm，主梁最大弯矩为1650918136N.cm，主梁最大应力为145.5MPa，材料允许最大应力为230MPa。主梁最大应力小于材料允许最大应力，表明主梁强度满足定子吊装要求[3]。

图1 主梁截面设计图（mm）

3.2 局部压应力

在设计计算中，局部压应力为171.57MPa，依然小于材料允许最大应力230MPa，表明本次设计中的主梁可以同时满足正应力、剪应力、局部应力使用要求。

3.3 主梁下挠度

结合设计计算，主梁受力作用挠度为19.2mm、主梁自重作用挠度为0.89mm，主梁下挠度为20.09mm。允许最大挠度为21.3mm，可知主梁下挠度小于允许最大挠度。本次设计中弹性模量取最小值E=186×108kg/m2，再加上集中荷载，土坦克间距900mm，运行中和轨道之间有一定接触面积会产生荷载，以及主梁长度间增设了加劲筋，因此实际的挠度可能会更小一些。因此可以满足定子吊装需求。

3.4 跨中剪切应力

设计计算中的跨中主梁剪切应力为36.6MPa，而允许最大剪切应力为140MPa，跨中剪切应力小于允许最大剪切应力，表示能够满足吊装要求。

3.5 组合折算应力

设计计算中组合折算应力为172.2MPa，允许最大应力为253MPa，折算应力小于允许最大应力，可以满足吊装需求。

3.6 主梁截面结构要求

（1）腹板厚度选择。结合行业标准，参考表选取梁高180cm～240cm标准的腹板厚度范围在14mm～18mm之间。则计算出加强肋到腹板高度受压边缘高度为1.29cm，在指定范围内。贯彻“取大不取小”原则，腹板厚度取18mm。

（2）箱形截面梁受压翼缘板的两腹板间宽度、厚度比要满足：宽度/厚度≤402=29.32，而40=33（fy为钢材屈服强度=345N/m），可以满足要求。

3.7 验算与安装测试

在完成所有设计图纸之后，公司对方案内验、审核，对不合理或存在疑问部分进行修改、再验算。将内验后的设计方案通过有限元软件分析、验算、复合，最终通过且出具了权威实验报告，之后组织验算方、制造厂二次图纸会审，修改局部区域，完善了工艺制造标准。在本次架构制造中时刻保持与厂家联系，掌握架构制造情况，设计人员到生产公司监造检验，及时发现了生产中的问题并得以解决，确保整体吊装架构的质量标准。考虑到本次设计吊装架构尺寸大，生产厂商没有条件组装调试，再加上部分部件为本公司采购，所以选择在现场安装调试，完成安装后由技术监督局专家检验以及质量检验测试中心进行应力测试，最终结果是所有尺寸、应力均符合国家质量标准，表明本次设计成功。

4 吊装应用与改进

将本次卷扬机提升装置产品运用中，首次进行常熟工程1#机326t发电机定子吊装，本次吊装开展了5个多小时，吊装过程中工作人员全程观测腿垂直度、主梁下挠度的应力变化，检测数据均在允许范围内，表明该吊装架构可以正式投入到定子大量吊装中。

在1#机吊装中发现，2只10t链条葫芦牵引力采用人工拉取形式，需要投入数十人力，人工投入量较大，作业效率较低，因此决定后续进行改进。改进方案中在主梁上增加两根轨道，并在轨道上增设2台液压推进器（30t），推进器可以在轨道上均速推动小车带动定子平行移动，这样不仅可以减少小车跑偏概率，也减少了劳动强度和作业时间，大大提升了吊装作业安全性。改进后进行2#机定子起吊，整个吊装过程仅用3h，为1#机定子吊装时间的一半左右，效果非常好。

5 结语

综上所述，本次设计的定子吊装架构取得了巨大的成功，不仅可以满足600MW发电机定子吊装需求，后续还可以实现拓展，从350t提升800t级别定子吊装。同时，本次设计产品后续与多家电厂合作使用，均取得了很好的效果，具有很大的发展前景。本次吊装架构也在9F等燃机模块、燃机发电机模块、燃机汽轮机模块等大件吊装中广泛使用，创造了良好的经济效益和社会价值。