發電機定子雙車抬吊扁擔梁負荷分配及強度計算的應用

摘 要：火力發電廠中，發電機是三大主機設備之一，也是汽機房內單體起重量最大的設備，如何能安全、經濟、快捷的將發電機定子吊裝就位，使用扁擔梁進行吊裝是一種較好的安裝方法，依據吊裝機械的工況，對扁擔梁進行正確合理的負荷分配和強度校核，在保證安全的前提下，從經濟方面進行分析，設計制作出可多次重復使用的扁擔梁，從而滿足多個重型號設備安裝的需要。

關鍵詞：發電機定子 安裝 扁擔梁 應用

中圖分類號：TK-9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（a）-00-02

發電機定子是火力發電廠汽機房內單體起重量最大的設備之一。由于各個火電廠廠房、行車的結構和額定起重量的不同，以及布置方式的不同，定子的吊裝方法也很多，具體用什么方法，是在保證吊裝裝置必須滿足安全強度要求的前提下，從經濟分析的角度認真分析確定。

1 情況簡介

在火電廠中，發電機定子的重量一般都超過汽機房行車的額定起重量，因而發電機定子的安裝從設計、安裝等，都是需要特別重視的問題，定子的吊裝同樣涉及汽機房平臺、梁的強度要求，定子的吊裝通常在機房安裝完成之后，因此用專用的吊裝梁是一種經濟可行的方法。下面用武鄉電廠定子的吊裝為例，來說明定子的扁擔梁吊裝方案。

武鄉電廠發電機為哈爾濱電機廠制造的QFSN-600-2YHG型汽輪發電機。發電機靜子重量310T，外形尺寸φ4000×10350 mm，布置在汽機房13.65 m平臺，距其中心線2530 mm處，設計有可拆卸吊攀。根據現有機械，擬采用CKE4000C履帶吊卸車，將靜子從運輸鐵路吊運至主廠房擴建端。用7250履帶吊和CKE4000C履帶吊雙車抬吊，將靜子起升至擴建端外的臨時支撐平臺上，再用液壓推力千斤頂將定子平移至基座位置。最后，用行車和230T門型吊車雙車抬吊，將臨時裝置拆除，使定子就位。

2 梁負荷分配計算

吊裝梁采用制作的箱型梁，外形尺寸見圖，長7500 mm，定子前吊點距梁前端500 mm，兩吊點間距5060 mm，400T履帶吊（230T門型吊車）吊點距定子前吊點1008 mm，7250履帶吊（汽機房行車）吊點距定子后吊點1440 mm。以G1為支點，可得：

F2×6500+F1×1008=G3×3250+G2×5060 G梁=10T G1=155T G2=155T

可知F1=230T F2=90T

3 梁強度計算

3.1 計算說明

計算中涉及到的尺寸數據和位置如圖2；h：表示梁整體高度1000 mm；h0：表示腹板高度940 mm；b：表示兩腹板間凈距離450 mm；b1：表示翼緣寬度550 mm；b2：表示翼緣外邊伸出腹板長度30 mm；δ：表示腹板厚度20 mm；t1：表示上翼緣厚度30 mm；t2：表示下翼緣厚度30 mm；l：表示梁計算長度7500 mm；a表示梁內部橫向加勁板間距500 mm；

3.2 梁強度校核

強度計算包括：抗彎強度、抗剪強度、剛度、梁折算應力、腹板局部擠壓強度、腹板折算應力和翼緣板折算應力。

3.2.1 抗彎強度校核

最大彎矩計算：

對梁上各受力點進行彎矩合成得出各受力點彎矩如下。

MG1=0，MF1=155×104×1008=156240×104N·mm

MG3=230×1042242-155×104×3250=11910×1044N·mm

MG2=90×104×1440=129600×104N·mm

MF2=0，Mmax= MF1=156240×104N·mm

Mmax為最大彎矩；W為凈面積抵抗矩；

梁慣性矩Ix=2×20×9403/12+550×30×4852×2=10.531×109 mm4

則W= 2Ix/ h =2.1×107 mm3

σ=Mmax/W=156240×104/2.1×107=74.4 MPa ≤140 MPa，滿足要求。

3.2.2 抗剪強度校核

τ=Qmax .S/I.δ≤[τ]

Qmax：最大剪力；S：驗算處半面積矩（即中和軸以上毛截面對中和軸的面積矩）；I：驗算處的截面慣性矩（因本梁僅承受垂直剪力，I=Ix）；

S=w30×550×485+2×20×470×235=12.42×106

τ=Qmax.S/I.δ=155×104×12.42×（10.531×109×40）=45.7 mpa<80 Mpa

滿足要求

3.2.3 梁折算應力校核

σzs=（σ2+3τ2）1/2≤1.1f=（74.42+3×45.72）1/2=108.63 mPa≤1.1f=258 mPa

σzs為折算應力；σ為截面彎曲應力；τ為截面剪切應力；

3.3 梁整體穩定性驗算

計算長度L=5500；翼緣寬度b1=550 mm則L/ b1=5500/550=10<13

整體穩定性滿足要求。

3.4 梁局部穩定性驗算

b/t=275/30=9.2<15；h0/δ=940/20=47<80 局部穩定性滿足要求

3.5 梁吊耳計算

3.5.1 90 t吊耳計算

90噸吊耳采用30 mm鋼板制作，具體尺寸見上圖，2只吊耳各承受45 t剪力。

剪力τ=N/A=45×104/（200×30）=75 MPa<80 MPa，滿足要求

3.5.2 230 t吊耳計算

230 t吊耳采用30 mm鋼板制作，兩側加20 mm厚加強圈，計算厚度70 mm，具體尺寸見上圖，2只吊耳各承受115噸剪力。

剪力τ=N/A=115×104/（250×70）=66 MPa<80 MPa，滿足要求

3.6 梁吊攀計算

3.6.1 90 t吊攀計算

90 t吊攀采用φ325×16鋼管內加20 mm橫向加固肋制成，兩端各承受45 t拉力。

抗剪計算

τ=2Q/πtD=2×45×104/（3.14×16×325）=55 mPa<80 mPa

抗彎計算

W=π（D4-d4）/（32D）+20×2903/（12×145）=1.423×106

M=FL=45×104×300=13500×104

σ=M/W=13500×104/1.423×106=95 MPa<140 mPa

折算應力

σzs=（σ2+3τ2）1/2≤1.1f=（952+3×552）1/2=135 mPa≤1.1f=258 mPa，滿足要求

3.6.2 230 t吊攀計算

230 t吊攀采用箱型梁形式，下部與鋼絲繩接觸點包φ325×16的管皮，兩端各承受115 t拉力，箱型梁截面特性：

I=30×3003×2/12+30×300×1652×2=6.25×108

W=6.25×108/180=3.47×106

S=150×30×75×2+30×300×165=2.16×106

抗剪強度

τ=QS/Iδ=115×104×2.16×106/（6.25×108×60）=67 mPa<80 mPa

抗彎強度

M=FL=115×104×300=34500×104

σ=M/W=34500×104/3.47×106=100 MPa<140 mPa

折算應力

σzs=（σ2+3τ2）1/2≤1.1f=（1002+3×672）1/2=154 mPa≤1.1f=258 mPa，滿足要求

4 結語

電廠定子吊裝方案要周密合理，即要保證吊裝安全，又要經濟合理，通過技術經濟分析，從諸多備選方案中確定一個優化方案，即使用吊裝梁，通過力學分析，強度、剛度分析，保證安裝的安全，實踐證明，此方案安全、可靠、易行，可在其他類似單位進行參照使用。

參考文獻

[1] 結構力學與鋼結構[M].水利電力出版社.