周宁抽蓄电站定子防尘棚的设计

吴 靖，郑达炜

（中国水利水电第十六工程局有限公司，福建 福州 350000）

1 工程概况

周宁抽水蓄能电站位于福建省宁德市周宁县七步镇境内，距周宁县城公路里程约19 km，距福安、宁德、福州三市公路里程分别为39 km、96 km、185 km。电站主要由上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站及下水库等建筑物组成。地下厂房内安装4 台单机容量为300 MW 的混流可逆式水轮发电机组，总装机容量为1 200 MW。

本工程按其装机容量确定为一等大（1）型工程。上水库大坝、输水系统、地下厂房、开关站、下水库大坝及泄洪设施等主要建筑物按1 级建筑物设计，其他次要建筑物按3 级建筑物设计；临时建筑物按4级建筑物设计。

本电站定子的部分差数如下：

（1）定子机座的外径Φ8 000 mm，机座高度4 510 mm，定子的基础钢支墩高度为1 755 mm，因此定子在安装场装配时的实际高度6 265 mm。

定子吊装时，平衡梁底部距安装场地面的高度8 055 mm。

（2）定子转子吊装的平衡梁

定子转子吊装时共用一套平衡梁装置，平衡梁的长度为11 630 mm。因此定子防尘棚布置应考虑满足转子吊装要求。

2 定子防尘棚的设计

定子防尘棚在设计时不但需要考虑到防尘、除湿、安全等要素，还应综合考虑到定子在组装时各零部件和设备的吊装问题以及组装完成之后定子和转子的整体吊装问题。因此防尘棚在设计的时候，除了棚架的外形尺寸，还要考虑到棚架内部的各种设备吊装问题；厂房安装间在棚架完成安装之后，还要为其他的大件设备留出空间以便其施工。

2.1 定子防尘棚的设计

本电站安装间共有2 个定子工位和1 个转子工位。由上述参数可知，转子吊装时平衡梁距安装场地面的高度小于定子防尘棚的高度，因此两个定子防尘棚之间的预留间距应满足转子吊装要求，即间距大于11 630 mm。厂房桥机主钩距安装场地面的高度10 300 mm，副钩距安装场地面的高度11 100 mm，驾驶室底部距安装场地面高度8 735 mm。

主厂房的温度良好，但前期通风空调未形成，空气的相对湿度大于90%，施工期间厂房粉尘大，因此棚架的设计要满足密闭的要求。根据定子叠片、下线和吊装特点，定子棚架还应考虑以下要求：

（1）定子测圆架、鸽尾筋、铁心冲片、铁心预压工具的吊装。

（2）定子线棒上部并头块焊接、汇流排安装。

（3）定子交流耐压的安全距离。

（4）定子吊装时，定子防尘棚能够灵活拆除。

根据现场环境因素，结合定子、转子装配特点，我部设计的防尘棚主要特点如下：

（1）定子棚架外形尺寸（长×宽×高）11 500 mm×10 100 mm×7 860 mm；棚架与厂房桥机驾驶室不干涉；定子防尘棚间距11 782 mm，可以满足平衡梁通行；防尘棚顶部活动盖板中心线在安装场定子基础板设计中心线下游950 mm，因此定子装配时所需要的设备和零部件都可以通过桥机副钩或10 t 电动葫芦吊入/出防尘棚，且防尘棚内部有足够空间放置空调、除湿设备、施工工具和材料。棚架的主体采用钢结构，主结构采用Q235 钢材，定子棚设置11 根立柱（10 根有牛腿，1 根无牛腿）H 型钢200 支撑整个棚架。

（2）防尘棚的棚架采用钢结构，主结构材料采用H200 型钢，Q235A。

（3）防尘棚的外表面彩钢板覆盖，满足防火要求。

（4）防尘棚内设空调和除湿机，满足保温、除湿的要求。同时设置一台轴流风机，保证防尘棚内部的空气流通。

（5）防尘棚的顶盖和下游侧面板为可拆卸结构，当定子装配完成后，拆除顶盖和下游侧面板，即可进行定子吊装。

（6）定子防尘棚的顶盖中间区域设一移动天窗，可手动操作打开和关闭，便于定子铁心冲片和相关工装、设备从棚架上部进出。定子棚内设置一个可自由1 t 电动葫芦的小行车，用于定子内的铁心预压工具、线棒、上部并头块焊接工具等吊装。

图2 定子防尘棚效果图

2.2 定子防尘棚主要受力部件的计算

（1）立柱的长细比计算

立柱选用H200 型钢（H200×200×8×12），立柱高度L=7 560 mm，立柱上部之间用檩条固定，立柱底部与基础框架固定。

立柱承压杆件的容许长细比[λ]=150。

型钢H200×200×8×12 的惯性矩Ix 为4 720 cm4，Iy 为1 600 cm4；截面积A为63.53 cm2；则

计算得到ix=8.62 cm，iy=5.02 cm

由于立柱上部和底部均固定，因此取μ=0.5。

计算得到λx=43.85，λy=75.3，均小于[λ]，立柱稳定性满足设计要求。

（2）1 t 电动葫芦行车轨道的荷载

1 t 电动葫芦行车轨道选用工字钢I20a，理论重量27.9 kg/m，总长11.4 m，焊接在牛腿下部，间隔2.8 m。电动葫芦只用于定子下线时，线棒的吊装工作，最大起重量为50 kg。

图3 行车轨道荷载图

I20a 的抗弯截面系数为Wz=237 cm3，材质Q235，许用应力[σ]=160 MPa；

当1 t 电动葫芦悬吊1 t 荷载，移动至电动葫芦轨道端头，行车轨道承受最大荷载Fmax，

由上述计算，Fmax ＜[F]，行车轨道满足设计要求。

（3）牛腿计算

牛腿选用H200 型钢（H200×200×8×12），牛腿长度L=250 mm。

型钢H200×200×8×12 的截面积A为63.53 cm2，惯性矩Ix 为4 720 cm4，抗弯截面系数Wx 为472 cm3；

图4 牛腿受力荷载图

牛腿承受的荷载q1，当1 t 电动葫芦悬吊1 t 荷载，并且移动至电动葫芦轨道端头，通过行车轨道，传递到牛腿，此时牛腿承受最大荷载F1max，

根据牛腿受力荷载图，牛腿承受均布荷载q1和剪应力τ1，q1==14.16÷0.1=141.6 kN/m（l=0.1 m，如图4 所示）

牛腿承受的荷载q2，防尘棚顶部盖板荷载（0.3 kN/m2）通过檩条（檩条长度为9 550 mm，檩条最大均布载荷为0.684 kN/m），传递到牛腿，此时根据牛腿受力荷载图，牛腿承受均布荷载q2和剪应力τ2，

牛腿的最大弯矩Mmax=M1+M2

牛腿弯矩正应力σ，

牛腿最大剪应力τmax，

根据材料力学最大剪应力理论σmax，

由上述计算，σmax ＜[σ]=160 MPa，牛腿满足设计要求。

3 定子防尘棚的施工要求

（1）焊接工作应由取得考试合格证的焊工担任，板材拼接焊接、坡口焊缝、构件与构件为二级焊缝。例如：牛腿制作焊缝、立柱与底板间焊缝、小行车轨道与牛腿间焊缝等，这些焊缝焊接完成后，应进行PT 无损探伤检查，无裂纹。

（2）焊条选用E5015，焊条使用时发现返潮和湿润现象，应按焊条产品说明书进行烘烤处理。

（3）立柱安装前，应对现场进行测量检查，设置平面控制网，要求布线与机组中心线的相地误差小于10 mm。

（4）立柱的垂直度小于3 mm，其中心与设计偏差小于2 mm，立柱间的对角线差小于4 mm。

（5）立柱的牛腿安装时，高程偏差为小于3 mm。

（6）立柱间采用F50 型钢连接，F50 型钢兼作为周边面板的框架。

（7）面板与面板框架采用自攻螺丝固定。安装时注意以下事项：

1）预紧力不宜太强，避免造成彩色涂层钢带变形。

2）彩色涂层钢带的对接部位采用搭接。

3）对于可能漏风区域，使用玻璃胶（蓝色）密封。

（8）防尘棚棚架的螺栓孔须采用机械开孔，不得使用气割。

（9）型钢下料后，对毛边、毛刺应去除干净。

（10）各部件焊接后，要去除药皮，进行防腐刷漆，防腐要求如下：

1）二道底漆、一道面漆，底漆为环氧富锌底漆，面漆为环氧面漆（灰白色），使用时，两者须为同一品牌。

2）电动葫芦轨道的面漆为黄色。

4 结语

在定子防尘棚安装完成投入使用后，定子组装的工作环境有了极大的提高，工作人员可以很好的避开地下厂房内部的粉尘污染。在工作中通过防尘棚顶部的可移动式天窗也能非常方便的进行设备和零部件的吊装，内部的电动葫芦只用于下线时的线棒吊装，操作简便，使得定子组装工作的效率和质量都大为提高。