第三代核電站最重的設備發電機定子雙鉤抬吊技術

卜富財

(中國中原對外工程有限公司，上海 200051)

1 工程概況

某第三代核電站常規島發電機定子外形尺寸為12 900 mm×5 460 mm×4 910 mm，定子同側吊耳中心間距為5 080 mm，異端吊耳中心間距為5 180 mm，定子筒身直徑 4 700 mm。設備重量為510.2 t，使用汽機間廠房400 t及160 t行車由0 m檢修場地抬吊至9 m層平臺就位。

2 雙機抬吊工藝流程

吊裝前準備→工作定子運入廠房→檢查驗收→臨時起吊、底座清理→正式起吊→運行至汽輪機平臺上方(+9.6 m以上)→運行至基礎中心線處→運行至發電機基礎正上方→緩慢落下定子→就位完成→拆除起吊工具。

3 雙機抬吊工藝實施

3.1 定子運入汽機廠房

發電機定子由中原委托大件運輸公司運輸至主廠房檢修場地，倒車進入11軸、B-5/A軸。特別注意：定子裝車時，勵端對著車頭，汽端對著車尾。放線運輸示意見圖1，定子縱向中心線距B軸線7 m，汽端距9軸線1.5 m處停止，車尾不超過8軸線。根據大件運輸公司提供的參數如圖1所示，定子運輸車輛對地面載荷3.8 t/m2，主廠房0 m、8-11軸、B-5/A軸樓面設計載荷為5 t/m2，滿足要求。

3.2 檢查驗收

1)核對銘牌參數、檢查外觀碰撞情況和兩端封口應完好。

2)再次確認定子重量、尺寸、吊耳位置與技術方案一致。

3)核對安裝方向，勵端面向11軸，并做好標記。

4)設計圖紙、廠家圖紙與發電機定子實物一致。

5)臺板的調整墊片清潔無污物。

3.3 模擬吊裝

采用400 t、160 t行車雙機抬吊時，先進行模擬吊裝試驗。在兩臺行車單獨負荷試驗完成后，才能進行并車模擬吊裝試驗，由配重塊代替設備進行模擬。

3.3.1 行車并車

為了保證雙鉤抬吊并車的同步性，其中一臺行車的起升機構和運行機構速度依據另一臺行車實際選型確定的速度而定，其速度的同步性可達到99.5%。另外，通過電氣控制，可使并車同步得到更有力的保證。為此，行車在制造過程中就要求廠家設計上增加大小行車雙鉤并車抬吊工況，吊裝前廠家技術人員現場調試，確保行車并車功能的可靠。

(1)機械方面要求

平衡梁與轉子吊具采用鉸軸相連，轉子吊具通過推力軸承支承在平衡梁上，保證轉子始終處于自由垂直狀態。兩臺橋式起重機的主鉤分別通過鉸軸，聯接平衡梁兩端頭。經過受力平衡計算，準備定位平衡支點，保證平衡梁處于自由水平狀態。平衡梁與轉子吊具采用鉸軸相連，轉子吊具通過推力軸承支承在平衡梁上，保證發電機轉子始終處于自由垂直狀態。汽機房的兩臺橋式起重機進行并車操作時，通過并車通訊電纜將兩套電氣控制系統連接，進而方便完成機械并車，通過以太網通信實現聯合起吊。

(2)電氣方面要求

按照抬吊方案，在聯動操作臺上設置有以下并車功能相關開關，如表1所示。

表1 聯動操作并車功能指令步驟表

考慮現場兩臺車并車的要求， 每臺行車配置西門子以太網絡通訊模塊，通訊模塊之間通過網線實現數據交換，同時，在聯動臺上設有 3 位轉換開關，分別標有 “主車”“單車”及“從車”。現場不需要并車時，選擇開關必需置于 “本車”狀態。如果現場需要并車，在一臺橋機上選擇“主車”，另外一臺橋機選擇“從車”， “主車”可以操作控制“從車”，實現各個機構同步，任何一臺橋機出現故障時，兩臺橋機同時停止動作。

3.3.2 模擬吊裝

起吊前將兩臺行車轉為并車狀態，如圖2所示：由1臺行車司機室進行控制，使兩臺行車提升機構、小車、大車同步運行。在運行過程中若發現不同步現象，則解除并車，單獨運行一臺行車進行調整，調整后再恢復成并車狀態。

圖2 定子模擬吊裝示意圖Fig.2 Schematic of simulated hoisting of the stator

使用兩臺行車主鉤吊起抬吊扁擔。做主鉤提升下降、小車運行、大車運行等動作，觀察同步性，合格后進行抬吊配重試驗。模擬試驗配重塊吊裝方式見上圖，將配重吊至主廠房吊物孔正上方(+9.6 m以上)，不做下降動作。按照定子吊裝路線將配重吊至發電機基礎上方停止，觀察各機構同步性。

1)空間校核：160 t行車主梁底部標高為+20.9 m，抬吊扁擔頂部距試吊架底部為8.43 m，試吊架底部標高為+9.5 m，垂直方向上空間余量20.9-8.43-9.5=2.97 m，滿足模擬試驗要求。

2)吊具校核：試吊架與抬吊扁擔之間φ135 mm整圈鋼絲繩強度校核：鋼絲繩整圈長度26 m，拉長對折后中部掛于抬吊扁擔吊銷上，兩端套在試吊架吊銷上，同根鋼絲繩所連試吊架吊銷間距為3.8 m，共8股鋼絲繩受力，1.25倍靜負荷試驗時吊物最重為485 t，受力分析計算得每股鋼絲繩受力為63.4 t。鋼絲繩破斷拉力大于560 t，則安全系數大于8.8。

主鉤與抬吊扁擔之間100 t吊帶強度校核：100 t吊帶長24 m，兩次對折后中部與抬吊扁擔上部吊銷相連，兩頭掛于行車主鉤上。1.25倍靜載荷試驗時吊物最重為500 t，8股受力。試吊架吊銷之間距離為3 m，受力分析得每股吊帶受力為64.6 t，100 t吊帶強度滿足要求。

3)吊銷強度校核，吊銷立板厚受剪切力面積最小為0.03 m×0.15 m。單個吊銷立板最大受力為0.03×0.15×235 000 000=1 050 000 N，約為105 t。受力分析得每個吊銷立板受力最大為63.6 t。滿足要求。吊銷直徑140 mm，受剪切力面積為3.14×0.07 m2，最大受力為361 t，安全系數361/63.6=2.26，滿足要求。

吊銷立板下半部分與試吊架主梁焊接連接，焊縫總長2×115 mm，角焊縫焊腳高度18 mm，焊縫最大受力為1311 t，滿足要求。試吊架主梁強度校核:配重塊放置于試吊架上，近似均布載荷。

尺寸參數B=0.3 m，H=1.15 m，b=0.27 m，h=1.09 m，L=10.4 m，l=3.8 m

荷載計算：(小數點后進位計算)配重塊均布在支架上，可視為均布荷載：

荷載計算：(小數點后進位計算)由上可知：q=1.1×(q1+q2)=440.10 kN/M。

受力分析：最大剪力為：Fmax=FA=FB=q(2a+l)/2=440.10×10.4/2=2 288.52 kN。

=81.43×106Pa=81.43 MPa≤100 MPa，綜合此支架滿足現場試驗要求。

3.4 定子吊裝

3.4.1 臨時起吊、底座清理

使用400 t、160 t行車主鉤吊起抬吊扁擔，將2根26 m長整圈鋼絲繩掛中部掛在抬吊扁擔鉤頭上，兩端套在定子兩側的吊耳上，如圖3所示。若定子吊裝時鋼絲繩未能及時供貨，則更換為兩根100 t吊帶。將兩臺行車轉入并車狀態，由400 t行車操作員同時控制兩臺行車。

圖3 定子吊裝示意圖Fig.3 Schematic of stator hoisting

松開定子與運輸架之間的連接螺栓，起吊定子50 cm左右，再下降20 cm，檢查行車剎車系統應安全可靠，各鋼絲繩受力均勻，平衡梁保持水平狀態。若有異常情況，應立即松鉤，查明原因且處理完畢后，重新進行本步驟的試吊工作。

將定子臨時擱置。檢查吊機制動性能及各機構的運行狀態應正常，同時對定子底座與臺板水平接觸面部位進行檢查清理，應平整光潔無毛刺。

3.4.2 正式起吊

起吊定子，1檔起步，逐漸升至3檔。在定子底部超過發電機臺板標高+9.6 m后，停止提升。先驅動兩臺行車小車，將定子平移至基礎中心線位置，再驅動兩臺行車大車，將定子平移至其正基礎上方。

鉤頭提升監測：起吊過程中通過觀察抬吊扁擔指針是否與扁擔垂直來監視抬吊扁擔水平度，若抬吊扁擔不水平，則停止起吊，單獨控制較低側行車主鉤提升至扁擔水平，再同步提升。

小車、大車驅動監測。在160 t行車小車上靠近400 t鉤頭鋼絲繩位置，固定一根塑料管，端部制成直角坐標，貼上色標，靠近400 t鉤頭鋼絲繩位置，縱橫方向間距20 cm。塑料管另一端固定在160 t行車小車上。并車狀態下驅動大車或小車時，監測400 t鉤頭鋼絲繩與塑料管相對位置，超過20 cm時，則停止，解除并車狀態，行車單獨運行，調整相對位置。調整后再切換為并車狀態，繼續運行大車或小車，如圖4所示。

3.4.3 就位

定子吊至其臺板上方20 cm左右時停止，檢查臺板楔形墊片，再次清理定子底座。清理完成后，將定子緩慢放置在發電機臺板上。吊裝過程必須控制平穩緩慢避免慣性力的產生，嚴禁與地腳螺栓、錨固板相碰。完成定子吊裝工作。

4 相關校核

4.1 空間校核

定子運入廠房時縱向中心線距B軸線7 000 mm，起吊扁擔400 t鉤頭側吊點距B軸線5 400 mm，400 t鉤頭距B軸線極限位置為3 995 mm，滿足起吊要求。起吊時，抬吊扁擔頂部距定子底部公約10.015 m，底部提升最低標高為+9.6 m，160 t行車梁底高度為+20.9 m。垂直提升空間余量為20.9-10.015-9.6=1.285 m，滿足吊裝要求。

4.2 載荷校核

定子起吊重量為510.2 t，起吊扁擔重約16 t，扁擔鉤頭距兩側吊點距離比例為2∶5。則400 t行車主鉤受力為(510.2+16)×5/7=372.285 7 t，負荷率為372.285 7/400=94%。

160 t行車主鉤受力為(510.2+16)×2/7=150.34 t，負荷率為150.34/160=94%,滿足吊裝要求。

4.3 鋼絲繩校核

160 t行車鉤頭最大提升標高為+20.9 m，發電機臺板標高為+9.6 m，定子吊裝用扁擔吊銷致扁擔梁頂距離約為0.95 m，考慮到行車鉤頭與扁擔吊耳間間隙等因素，160 t行車鉤頭致扁擔梁吊銷距離約為1.0 m。就位時定子底部需高于臺板約0.2 m，定子底部局定子吊耳高度為2.035 m。故： 吊銷距定子吊耳高度最大取值為：20.9-9.6-1.0-0.2-2.035=8.065 m。 故可取吊耳至扁擔吊銷高度為8.065-2.035=6.03 m。

選取鋼絲繩承重較重的一側進行校核：對定子受力分析及鋼絲繩綁扎：如圖5所示。

圖5 定子吊裝受力分析及鋼絲繩綁扎示意圖Fig.5 Schematic of stator hoisting force analysis and wire rope binding

F1+F2=G=510.2 t；F1×2 593-F2×2 488=0；則F1=248.93 t，F2=260.37 t。

5 結語

第三代核電站最大的設備—發電機定子，采用汽機房已有的行車，通過總承包方/設計院/廠家/專業分包商的共同努力通力協作，在汽機房進行設計輸入時和行車制造前就開始策劃實施，在總承包方的科學管理下，實現了這一創造性的技術突破，只用了9 h就完成了常規島發電機定子這一核電廠最大設備的吊裝工作，填補了利用汽機房已有行車吊裝的空白，既節約了租用大型起重設備和鋪路的成本，又加快了進度并確保了安全，適用于同類大件設備的吊裝，值得推廣。