水輪發電機組定子檢修平臺研制與應用

廖 立，尹 寧，翟 賀

（構皮灘發電廠，貴州 遵義 563104）

1 設計背景

根據DL/T 817-2014《立式水輪發電機組檢修技術規程》[1]要求，將定期對水輪發電機組開展檢修，從而保障機組安全穩定運行，水輪發電機組的檢修主要分為A、B、C、D 四個等級，每個時間段的檢修計劃如下：

（1）A 級檢修指對發電機組進行全面的解體檢查和修理，以保持、恢復或提高設備的性能，檢修年限為5~8 年一次，根據機組的裝機容量，檢修時間為30~85 d。

（2）B 級檢修指發電機組某些設備出現問題，對發電機組部分設備進行解體檢查和修理，檢修年限為2~4 年一次，根據機組的裝機容量，檢修時間為20~65 d。

（3）C 級檢修指根據設備的磨損、老化規律，有重點的對發電機組進行檢查、評估、修理、清掃和消缺，可進行少量零部件的更換，設備的消缺、調整、預防性試驗等作業，每年兩次，根據機組的裝機容量及技改項目等，檢修時間為18~30 d。

（4）D 級檢修指發電機組總體運行狀況良好，而對主要設備的附屬系統和設備進行消缺，一般一月兩次，每次時間為6 h 左右，主要針對機組的缺陷。

本文定子檢修平臺的研制，主要針對水輪發電機組的A 修使用。將機罩、上機架、轉子、下機架、頂蓋以及轉輪等零部件全部吊出后，在不影響水機部分設備檢修的前提下，將定子檢修平臺安裝好后吊入機坑，使發機部分與水機部分有效隔離，為定子檢修工作人員提供一個安全可靠的作業環境。

2 目前狀況

目前水輪發電機組的A 級檢修，將機罩、上機架、轉子、下機架、頂蓋以及轉輪等零部件全部吊出后，沒有對機坑進行安全隔離，在進行定子檢修作業時存在高處墜落和上下交叉作業風險，雖然做好了個人和工器具防墜落措施，但是沒有完全的扼制安全隱患，并且根據上下交叉作業安全管理規定，存在上下和垂直交叉作業時，必須做好安全措施，設置完全封閉的隔離層并且滿足承重要求。如果搭設一個腳手架對其進行隔離和定子檢修，難度非常大，機坑的直徑為9 500 mm，跨度大，而且腳手架底部沒有可靠的支撐點，腳手架搭設時存在很高的安全風險，因此本文設計一種安裝拆除方便、質量輕的定子檢修平臺用于機組A 修，由于不同容量的裝機機坑尺寸不同，因此本文主要針對以單機容量為600 MW的水輪發電機組為例，研制一種機坑定子檢修平臺并應用到水輪發電機組A 修中。

3 定子檢修平臺的設計方案

3.1 材料的選定

材質選擇鋁合金材質，設計合理、結構簡單、安裝方便、防火耐腐、安全可靠。符合GB/T 3880.1-2012[2]《一般工業用鋁及鋁合金板、帶材 第1 部分：一般要求》、GB/T 3880.2-2012[3]《一般工業用鋁及鋁合金板、帶材 第2 部分：力學性能》和GB/T 3880.3-2012[4]《一般工業用鋁及鋁合金板、帶材 第3 部分：尺寸偏差》等國家標準和行業標準。平臺由承重梁、踏板和各連接件組成，其中平臺梁體部分采用 25 號與20 號高強度工字鋁型材料，如圖1，主、副梁以“井”字型疊加并釆用螺栓連接固定。平臺踏板采用中空型鋁合金防滑踏板，并以插入式卡板和卡銷安裝固定。配以邊梁、吊索等組成平臺。

3.2 平臺總體設計

定子檢修平臺主要由主梁、副梁、邊梁和踏板組成，根據鋁合金結構設計規范，鋁材牌號選擇6061-T4，經多個方案計算對比，并根據機坑的直徑為9 500 mm，確定定子檢修平臺的直徑為10 100 mm，用4 根主梁（25 號工字鋁）和 9 根副梁（20 號工字鋁）承受總載，19 根邊梁對腳踏板進行限位固定，并在定子檢修平臺中間設計一個直徑為2 300 mm 的圓孔，其目的是不影響水機部件的檢修作業，如圖2。

圖2 定子檢修平臺設計平面圖

3.3 定子檢修平臺承重計算

依據國家標準GB 50429-2007[5]《鋁合金結構設計規范》表4.3.4 鋁合金材料強度設計值表，對定子檢修平臺進行強度計算，主、副梁體牌號選擇6061-T4，踏板牌號選擇6063-T5，鋁材牌號強度如表1。

表1 鋁材牌號強度

為保證平臺在安裝和使用時的安全穩定，抗拉、抗壓、抗彎值均不能超過設計值的三分之一，則抗拉強度δ1=δb/3=90/3=30 MPa；屈服強度δ2=δ0.2/3=145/3=48.3 MPa；抗剪設計τ/3=55/3=18.3 MPa。

計算主梁與副梁最大跨距，依據GB 50009-2012[6]《建筑結構載荷規范》和現場實際情況，定子檢修平臺的計算荷載如表2。

表2 平臺荷載

根據機坑直徑，已確定定子檢修平臺直徑10 100 mm，載荷與自重總計9 000 kg，自重約3 500 kg，主梁為25 號工字鋁，副梁為20 號工字鋁，踏板為鋁合金中空防滑板220 mm×35 mm（寬×厚）。主梁上設有2 根吊索，對其進行驗算。

3.3.1 計算荷載

由 荷 載 公 式S=1.2SGK+1.4SQK=1.2×35 kN+ 1.4×55 kN=119 kN

式中：SGK為檢修平臺自重、SQK為檢修平臺均布活載。

3.3.2 計算均布承載

上述平臺設計中已說明其主要由4 根主梁（25號工字鋁）和9 根副梁（20 工字鋁）承受總載[7]。標準中已說明25 號工字鋁承載能力大于20 號工字鋁，所以均按20 號工字鋁校核計算。承受載荷的梁體總長為L總=主梁Z1（9 700 mm）+主梁Z2（9 700 mm）+主梁Z3（8 750 mm）+主梁Z4（8 750 mm）+ 副梁F1（2 300 mm）+副梁F2（6 900 mm）+副梁F3（7 230 mm）+副梁F4（9 080 mm）+副梁F5×2 （3 700×2）+副梁F6（9 080 mm）+副梁F7（7 230 mm）+副梁F8（6 900 mm）+副梁F9（2 300 mm）=95 320 mm，其結構如圖2 所示。其長度為主、副梁支點間長度總和。

因此梁體的均布承載為：q=S/L=119×103/95 320=1.248 N/mm。副梁最大跨距L為2 425 mm，因此最大跨距上的荷載為F=q×L=1.248×2 425= 3 026.4 N。

3.3.3 計算彎曲正應力

式中：QW為穩定系數，取整定值為1；WX為抗彎截面積；M為彎矩。

梁的受力如圖3。

圖3 梁的受力圖

由公式計算抗彎截面系數：

計算合格。

3.3.4 剪切應力計算

式中：F=3 026.4 N，SZ為面積矩，I為慣性矩，?為10 mm。

計算合格。

3.3.5 跨距應力計算

式中：P=F=3 026.4 N，?為10 mm，e為集中載荷作用長度，按100 mm 計算，為橫向作用點至腹板根部距離，按安全系數計算為8 mm。

計算合格。

3.3.6 梁體均布荷載下的最大撓度計算

式中：q=1.248 N/mm，E為6063-T5 鋁型材彈性模量，取68 900 Pa。

根據金屬與石材幕墻工程技術規范規定，擾度值不能超過20 mm，計算合格。

6063-T5 狀態型材平臺踏板與臨時過道板均為鋁合金中空防滑板，每塊板寬220 mm，厚 35 mm，抗拉強度90 MPa,屈服強度160 MPa，抗剪強度55 MPa，經設計和驗算確認踏板的最大跨度為1 110 mm，寬度為220 mm。

經計算，定子檢修平臺承重及尺寸符合要求。

4 定子檢修平臺的安裝步驟

（1）使用8.8 級的M20×55 螺栓和夾板將對應編號的兩根主梁Z1、Z2 進行連接。

（2）將連接好的主梁Z1、Z2 和副梁F1、F9 組成一矩形框架，副梁在主梁上方，主副梁使用8.8 級M12×40 螺栓連接。

（3）調整主副梁組成的矩形框架直角度和間距符合要求后擰緊所有主副梁連接螺栓。

（4）使用8.8 級M20×55 螺栓和夾板將對應編號為Z3、Z4 進行連接，并將連接好的主梁Z3、Z4 分別放置在主梁Z1、Z2 兩側，注意主梁Z3、Z4 上的吊環需朝向平臺中部。

（5）使用8.8 級M20×55 螺栓和夾板將副梁F2、F8 進行連接。

（6）使用8.8 級M12×40 螺栓連接副梁F2、F8與4 根主梁。

（7）使用上述方法連接副梁F3~F7 與4 根主梁。

（8）安裝角梁各2 根，其中F11 與F12，角梁一端插槽與副梁F4 或副梁F6 側面插套對應插接，角梁另一端與主梁Z1 或Z2 使用8.8 級M12×40 螺栓連接。

（9）安裝副梁F10，副梁F10 使用4 顆8.8 級M12×40 螺栓與主梁Z1、Z2 中部對應連接孔連接。

（10）安裝邊梁B1~B8，副梁上方外圓邊設有16根邊梁，副梁兩端有邊梁插孔與插槽，邊梁與副梁連接位置按圖2 對應位置安裝，安裝時要插裝到位。

（11）鋪設平臺板，鋪設方式按圖2 對應位置進行。

（12）安裝4 組吊索，將4 組鋼絲繩索通過卸扣與主梁Z3、Z4 上的吊環連接后，將平臺整體緩慢吊入基坑適當位置。將平臺放置平穩后取下吊裝鋼絲繩，蓋好吊環孔蓋板即可使用，整體效果如圖4。

圖4 平臺整體效果圖

5 結語

通過多次的現場確認和反復設計和計算，確認了定子檢修平臺的設計尺寸并生產后應用到水輪發電機組的A 修中。機組在A 修時將定子檢修平臺組裝好后，吊入機坑指定位置，將水機與發機部分有效隔離對水輪發電機組的定子進行檢修，極大的提高了水輪發電機組檢修時的安全系數，有效的扼制了各類潛在的安全風險，為生命安全提供了堅實的保障。