水電站磁極吊裝工具設計及應用

施仁毅，代軼帥，馮 盾，呂 強

(湖北清江水電開發有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

水布埡電站位于湖北省巴東縣境內，是清江流域梯級電站第一級，共4臺機組，單臺裝機400 WM，總裝機1 600 MW。單臺機組磁極共有20對，其磁極長約3 400 mm，重約86 kN。要將磁極安全吊出并放倒進行檢查處理，需要設計專用吊裝工具。本文就水布埡電站磁極吊裝工具設計及應用進行分析。

1 現有磁極吊裝方案介紹

自2016年以來，水布埡電站C級及以上檢修中，都需要把磁極吊出檢查處理(如圖1)。水布埡電站至投產以來，機組磁極吊裝方案是：在主鉤上掛兩根8 t 10 m吊帶，吊帶自下而上鎖緊磁極，再用尼龍繩自上而下打腰繩。原方案在實施過程中，由于主鉤起吊點(鉛垂線)難以做到與磁極重心重合，起吊過程中磁極容易發生傾斜，如果傾斜角度較大，會出現磁極從側邊滑出的風險；在整個捆綁中也費時費力；在磁極吊起后放倒，磁極上部也容易從吊帶中滑出，造成磁極摔地，嚴重損傷磁極。

圖1 原磁極吊裝

在吊裝磁極整個過程中主要存在以下幾點困難[1]：

1)磁極本身無吊點。因磁極由線圈及框架組成，其精密度及導電性能要求極高，故無法在磁極框架上焊接吊點。

2)磁極放倒和豎起過程風險較大。由于磁極質量和體積較大，用吊帶吊起放倒時，吊帶極易側滑，使磁極滑落而造成事故。

3)磁極棱角鋒利，容易割傷吊帶。為迫切解決吊裝過程的難題，消除較大的安全隱患，需要設計磁極吊裝專用工具。

2 磁極吊裝工具的設計

2.1 結構設計

磁極吊裝工具設計必須滿足以下幾點要求[2]：

1)其承重量要大于120 kN，磁極自身重約86 kN，吊出時T型榫頭與磁軛間有最大約3 t的摩擦力。

2)磁極間最小間隙約8 cm，考慮到起吊平穩問題，需要留有部分間隙[3]，故設計的工具側邊厚度不能超過5 cm。

3)框體上應有承重吊耳，放倒時能承受側拉力。

4)框體能安全放入磁極間指定位置，因磁極間隙小，需要將框體分成兩部分，主體框架從上面吊入，底板從下端旋入。

2.2 參數確定

根據結構設計的要求以及現場測量的部分數據，我們畫出了相應的設計圖(如圖2)[4]及設計參數圖(如圖3)。

圖2 磁極吊裝工具設計

圖3 磁極吊裝工具設計參數

其框體、底座及吊耳采用Q235鋼，因吊裝承重主要在螺桿上，螺桿采用材質為Q235鋼或中碳鋼的梯形螺紋Tr36x6，設計的具體參數如表1所示。

表1 磁極吊裝工具設計參數

2.3 參數說明及校核

1)考慮到起吊過程中的摩擦力，校核取總重量G=120 kN，Q235鋼的許用應力為160 MPa，屈服應力為240 MPa。框體厚度為20 mm，框體與螺桿間滿焊連接，其承重的易發生斷裂處集中在螺桿處，故不單獨對框體進行校核。考慮到吊帶的選型、使用方便性及成本，此處也簡單對吊帶進行驗算校核。

2)螺桿的校核。單根螺桿的拉伸應力：

σ=G/S=120 kN/817 mm2=146.9 MPa<σs

式中：S為單根螺桿的截面有效面積。

單根螺桿的切應力τ：由于起吊過程中螺桿幾乎不受水平作用力，故無需對剪切力進行校核。

由上面螺桿校核可知，所選螺桿尺寸及強度滿足設計要求。

3)吊帶的校核。吊帶用卡環與吊耳相連并直接掛在橋機主鉤上，10 m吊帶對折長為5 m，兩吊耳間距為300 mm，起吊時吊帶與豎直方向夾角約為18°，考慮到吊帶繞過主鉤，校核時取20°，單根吊帶最大承受拉力。

F=G/2/cos20°=6.39 t

故選用兩根8 T吊帶滿足設計要求。

2.4 結論

經校核計算，當采用設計的磁極專用吊具及兩根8 T吊帶吊裝水布埡磁極時，各項參數均在許用的安全參數范圍內，故其專用工具是安全可靠的，能滿足實際使用需求。

3 磁極吊裝

磁極吊裝[5]步驟分為三步：1)吊裝前準備。吊裝前進行安全交底，專人檢查專用工具有無損傷、螺桿有無銹蝕、螺帽是否能正常旋入和退出、吊帶有無損傷、人員是否就位。

2)正式起吊。首先將專用工具用主鉤從發電機層磁極間隙中放入，兩側主板卡住磁極(如圖4)，通過專用工具夾緊磁極，上下墊入枕木，再從上風洞層裝入底板，并用管鉗擰緊，隨后起吊。

圖4 工具裝入圖

3)放倒。磁極吊起后，用雙鉤放倒(如圖5)，為防止磁極在放倒過程中側滑，在起吊過程中，增加了四條間距相等的捆帶，固定磁極與框架。

圖5 磁極放倒圖

4 安全性和便利性

1)消除了磁極吊裝操作過程中的系列安全風險，磁極吊裝過程中不會發生前后重心偏移，在放倒和豎起時安全可靠。

2)提高了功效，吊出一塊磁極的時間由原來3 h縮短為1.5 h，人員由原來的10人縮減到現在5人，大大提高了效率。

3)專用工具分成兩部分便于搬運、安裝和拆卸，并且推廣到隔河巖磁極吊裝工具優化工作中。

使用專用工具對磁極進行吊裝，起吊平穩性和安全性良好。整個操作過程，減少了人員，降低了勞動強度，縮短了時間，提高了整體效益。

5 現場效果驗證

設計的專用工具，自2018年以來，已經在水布埡電廠機組的歷次檢修中得到了應用，并在水布埡電廠2019年機組擴修中進行了20對磁極持續吊裝的檢驗。事實證明，該工具安全可靠，能滿足水布埡機組檢修磁極吊裝需求，同時也大大降低了磁極吊裝過程的安全風險，提高了工作效率。

6 結 語

對于水電站的B級以下檢修級別，一般不用吊出磁極檢查處理，但水布埡電廠機組自2018年以來，機組運行不太穩定，每次C級及以上的檢修級別都需要吊出磁極，特別對于近年來機組的擴修，對磁極吊裝的工期進一步縮短，這就對磁極吊裝工藝提出了更高的要求。在此背景下，設計的專用磁極吊裝工具，解決了因磁極間間隙小而無法裝入常規吊裝工具、放倒過程磁極可能滑出的隱患等問題，不僅僅提高了工作效率，同時也大大提高了安全性。該工具也為其他水電站磁極吊裝工藝提供參考。