第２８卷第３期 ２０１１年９月 ・ＡＮＨＵＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｐ０ＷＥＲ 茇瓠电＝ＩＩ ５１ 技术探讨・ 马钢ＣＣＰＰ机组三菱发电机定子更换方案的优化 Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＣＰＰ Ｕｎｉｔ Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｔｏｒ ｉｎ Ｍａｇａｎｇ Ａｒｅａ 王成舟 （安徽电力建设第一工程公司，安徽合肥２３００８８） 摘要：针对马钢新区ＣＣＰＰ机组日本三菱发电机更换重量为１４３ ｔ而厂房行车额定起重量７５ ｔ的情况，采用厂房结构设 计加固以及行车梁结构力学分析计算、吊装结构应力试验等方法，成功地解决了该机组发电机定子的吊装及现场更换‘问 题，表明了该方法解决问题的有效性和可行性。 关键题：发电机；定子更换；应变；重物移运器；方案优化 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍ ａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ—ｍａｄｅ Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｗｅｉｇｈｓ １４３ ｔ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｒａｔｅｄ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｔ ｉｓ ７５ Ｔ， ｗｉｔｈ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｈｒｅｅ ｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒａｎｅ ｂｅａｍ，ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌｉｆｔｉｎｇ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ． ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｒｅｐｌａｃｅ ｓｔａｔｏｒ；ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ—ｄｅａＩｉｎｇ；ｓｍａｌｌ ｔａｎｋ；ｓｃｈｅｍｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ 马鞍山钢铁股份有限公司（以下简称马钢）新 １．２中方工程技术人员提出的解决方案 （１）直接在行车（厂房行车额定起重量７５ ｔ） 区５ Ｍｔ钢工程安装１台全燃高炉煤气和焦炉煤气 混合气的１５３．３ ＭＷ燃气一蒸汽联合循环发电机组 （简称ＣＣＰＰ），ＣＣＰＰ机组包括１台燃气轮机ＧＴ、１ 上进行起吊装置的安装，在行车主梁上布置槽钢 作为重物移运器的轨道，在槽钢上布置８个６０ ｔ 重物移运器，重物移运器上布置两根悬吊梁，位置 如图１所示。 台煤气压缩机ＧＣ、１台蒸汽轮机ＳＴ、１台发电机 ＧＥＮ和１台余热锅炉ＨＲＳＧ以及辅助设备、相关 仪表和控制系统。２００９年在例行对日本三菱电气 公司发电机进行检修时发现发电机定子的铁心穿 杠螺栓断裂，经多次交谈，决定在２０１０年夏季对重 １４３ ｔ的发电机定子进行现场更换。 （２）将主梁用 ｌ １０ ｍｍｘ２ ｍ钢丝绳圈悬挂 在悬吊梁下方，再在主梁上固定重物移运器的槽 钢，布置４个１２０ ｔ重物移运器，重物移运器上布 置支承梁，支撑梁上放置液压提升装置。 （３）组合完毕后进行调试，运行正常后进行试 吊，利用液压提升装置将１４３ ｔ砝码提起，然后拉 动主梁上的重物移运器，使砝码处于主梁中间位 置，监测应力测点的变化，试吊合格后，进行发电 １中日方案比较 １．１日方提供的方案 将发电机定子顶起，在９ ｍ平台上敷设轨道， 机定子的正式吊装。其吊装结构见图１。 水平牵引到厂房外侧，用４根支撑柱支撑，然后将 其降落到运输车辆上，运出厂房。此方案工作量较 大，并且工期较长，主要工作要拆除平台上燃气轮 机ＧＴ、煤气压缩机ＧＣ、变速箱、厂房部分结构，在 燃气轮机ＧＴ、煤气压缩机ＧＣ、变速箱的基础上进 ２中方方案可行性研究 为了确保此方案可行，中方进行了对ＣＣＰＰ厂 房结构的研究、ＣＣＰＰ厂房结构力学试验分析以及 ７５ ｔ行车梁结构力学分析及试验、吊装结构分析计 算、行车轨道承重轮压分析等工作。 ２．１ ＣＣＰＰ厂房结构研究 行道木找平，敷设轨道，在厂房外部做支撑柱基 础，其工期需要６０天时间，并且成本很高，概算估 计需要费用人民币５００万元。 （１）厂房结构说明及验算：马钢ＣＣＰＰ厂房是 ５２ ．友瓠电知 第２２０８卷第３期 １１年９月 典型排柱行车梁钢结构，共有７跨，各跨间距不等， 有两跨最大跨距为１ １ ｉｎ。依据边界验算条件吊车 改装后及吊装过程中的吊车参数如下。 最大轮压： ３４１．２ ｋＮ 吊车总重： ６４．７ ｔ 小车｛吊具｝重量：１８ ｔ 起重量： １４３ ｔ 大车轮距：ａ＝ｌ ７００ ｍｍ ｂ＝２ ４００ ｍｍ （２）委托中冶华天工程技术有限公司（以下简 称中冶公司）结构工程师对厂房结构进行验算和 分析。 （３）计算结果：因设备检修载荷超过设计载荷， 经过核算，边跨厂房柱需要加固，并对Ａ—Ｂ跨进行 剪刀支撑加固；见图８。 ２．２吊装结构力学分析 ２．２．１主梁校核（自重不计） （１）主梁总长Ｌ＝ＩＯ．４ ｉｎ，计算长度１０ ｎｌ，主梁 截面尺寸为ＨｚｘＢ２＝１ １００ ｍｍｘ５６０ ｍｍ，腹板厚Ｂｌ＝ １４ ｍｍ，翼缘板厚日 ＝２５ ｍｍ，２组，材料Ｑ３４５Ｂ。受 力为：定子重１４３ ｔ，４个重物移运器自重、２台２００ ｔ液压提升装置重量、吊具等重约５ ｔ，总重１４８ ｔ； 当吊起定子后，重物移运器将定子拉至主梁中间 位置时主梁受弯矩最大受力，如图２。 Ｑ 重物 图１吊装结构图 ３７ ｔ ３７ｔｘ３．５ｍ：１２９．５ｔ．ｍ ３７ｔ 图２主粱受力图 （２）主梁中截面的惯性矩为： ‘，＝（１／１２）ＢＨ ＋４ ＝（１／１２ｘＢ】ｘＨ２＋ｌ／１２ｘＢ２×日１＋ Ｈ１ｘＢ２￣ａ２）ｘ２ ＝［１／１２ｘ１．４ｘ（１ １０—２．５ｘ２） ＋ｌ／１２ｘ５６ｘ２．５。＋５６ｘ２． ５ｘ５３．７５ ３ｘ２ ：１ ０７９ １９５．８４ ｃｍ４ 抗弯截面系数为： Ｗ：Ｉ／Ｙ：１ ０７９ １９５．８４／５５：１９ ６２１．７４５ ｃｍ３ 自重弯矩（中点）： Ｍ，＝ＧＬ／８＝５．０５ｘ １ ０．４／８ｘ １＠＝６５６ ５００ ｋｇ・ａｍ 外力弯矩： Ｍｅ＝１２９．５ ｔ‘ｍ＝１２ ９５０ ０００ ｋｇ‘ａｍ 正应力： ＝（Ｍｌ＋Ｍ 卿＝ ６５６ ５００＋１２ ９５０ ０００ ／１９ ６２１． ７４５＝６９３．４４ ｋｇ／ｃｍＺ＝７０．７６ ＭＰａ＜［ｏ－］ 其中Ｂ：梁截面宽度及腹板厚单位：ｍｍ ：梁截面高度及翼缘板厚单位：ｍｍ Ａ：翼缘板截面面积 ＝Ｈ，ｘＢ２单位：ｍｍ 口：截面轴向中心距ａ＝ｌ １００／２—２５／２＝５３７．５ｍｍ ｙ：截面几何中心距Ｙ＝Ｉ １００／２＝５５０ｍｍ Ｇ：吊具和钢丝绳重量Ｇ＝５ ０００＋５０＝５ ０５０ｋｇ ：主梁总长 单位：ｍｍ 经过计算和分析，中间截面所受弯矩最大时 的正应力不超过许用应力，所以中截面的尺寸满 足受力要求。 （３）在定子起吊位置，主梁受剪力最大。受力 如图３，则剪应力ｒ＝Ｑ／Ａ ： ６０ｘ１．４ｘ２ｘ１０－４ ：３３．４５ ＭＰ ＜［Ｔ］ 其中：ｐ：最大剪力单位：ｔ Ａ：梁最小剪截面面积单位：ｍｍ 主梁校核结果满足要求。 ２．２．２行车大梁校核 （１）悬吊梁、支撑梁经校核满足要求后，对行 ｌ 车大粱进行校核。 王成舟：马钢ｃｃＰＰ机组三菱发电机定子更换方案的优化 ５３ 间时，此时行车大梁受弯矩最大，则其受力如图６。 （２）汽机房行车跨度２２．５ ｍ，根据新乡起重 行车截面系数计算得Ｗ＝３３ ７４０ ｃｍ ，则 ５８８．８ｘ ｌ Ｏ００ｘ９．８ 设备厂提供的资料，行车大梁中间截面尺寸和端面 尺寸量得如图４。 ５７．３５ｔ ２０．３５ｔ …Ｉ ｌ Ｉ ｌ Ｉ ｌ １ ｌ Ｉ ｆ ｆ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉｆ【ｆ Ｉ Ｉ ＩＩ ｆ Ｉ ｆ Ｉ ｌ Ｉ Ｉ １６．６５ｔ 图３主梁受力图（单位：ｍｍ） 图４行车大梁尺寸图（单位：ｎｑｍ） （３）当定子从基础上提升时，此时受力点距离 行车一端最近，行车梁受剪力最大，端面校核剪 力。行车受力为：定子重１４３ ｔ，自制整个吊装系统 总重约１７ ｔ，共重１６０ ｔ，行车小车自重２４ ｔ，小车重 心距大跑轨道中心线假定为１ ｍ，此时行车受力如 图５（偏保守考虑）。 １１４．５ｔ … 单位：ｍｉｌｌ 图５行车受力图 （４）因为行车为双梁，所以每侧行车梁端面所 受剪力为１３８．５／２＝６９．２５ ｔ。剪应力ｔｒ＝ｐ／Ａ ６９．２５ｘ】Ｏ００ｘ９．８ ， ・２ ＭＰａ＜【 Ｊ 当定子吊起后移至主梁中间并且到达行车中 一 ２ｘ３３ ７４０ｘ１０－６ ＝８８．５ ＭＰａ＜［Ｔ］ — Ｊ２４ｔ － ８０ｔ Ｉ ８０ｔ ［ＩＩ皿５８８．８Ⅲｔｍ ２・ｎ 图６行车大梁受弯矩最大受力图 （５）行车大梁校核满足要求。 ２．２．３轮压估算（厂家提供数据后再重新计算） 由计算图可知，在定子吊起未移动时行车一 侧所受压力最大，为１３８．５ ｔ，行车主梁自重约２２ ｔ 另加端粱等考虑３０ ｔ。则每只车轮最大承载为： （１３８．５＋２２＋２）÷４＝３７．３７５＝３６６．２７５ ｋＮ 定子到达行车中点时，行车每端车轮承载为： （９４．４＋２２＋２）＋４＝２６．３５ ｔ＝２５８．２３ ｋＮ＜行车设 计轮压２７３．２６ ｋＮ 轮压满足行车行走条件。 ２．２．４钢丝绳圈安全性校核 定子起吊千斤绳：ｑｂ４７ ｍｍｘｌ６ ｍ钢丝绳单头 破断拉力为１１７．５ ｔ。 定子吊起时，８个头受力，钢丝绳圈安全系数 为： １ １７．５ｘ８／１４３＝６．５７倍。 钢丝绳圈安全性校核满足要求。 ２．３、结构试验 为了保证结构加固后的结构可靠性，委托合 肥工业大学结构力学试验室对边跨厂房立柱加固 Ａ—Ｂ跨和行车梁进行应力应变试验。 ２．３．１模拟荷载试验方案 （１）边跨厂房立柱加固完成后，将７５ ｔ行车 运行至边跨为１１ ＩＩ１的轨道梁处，利用７５ ｔ行车在 检修孔位置分别吊重４０ ｔ、６０ ｔ、８０ ｔ和９０ ｔ的配 重，在每种吊重下，运行行车至１１ ｍ轨道中部及 运行吊重小车至行车梁中部，分别采集各测点的 应变。 友瓠电 （２）根据４Ｏ ｔ、６０ ｔ、８０ ｔ和９０ ｔ载荷试验数 据，推算吊重１２０ ｔ、１４２ ｔ时厂房梁柱和行车梁应 第２２０８卷第３期 １１年９月 置分别布置单向应变计（Ｒ４５、Ｒ５３、Ｒ４９、Ｒ５７、Ｒ６１、 Ｒ６５）；在１号Ｈ型立柱的上端、下端及中部加固节 点位置的两侧分别布置单向应变计（Ｒ６６、Ｒ６７、 Ｒ６８、Ｒ６９、Ｒ７０、Ｒ７１）。在立柱上共３０个测点，如图 ８所示。 后视 力水平，结合中冶公司提供的《马钢ＣＣＰＰ厂房初 始应力计算书》数据，评价加固方案的可靠性。 （３）对７５ ｔ行车组合自制吊装梁系统施工 后，吊重１２０ ｔ、１４２ ｔ，模拟定子吊装真实情况，并 对结构危险点进行实时应力监控和报警，最终对 定子吊装方案涉及的上述厂房结构和行车大梁的 可靠性进行评价。 ２．３．２测点布片方案 ２．３．２．１行车梁 Ｉ一 ４ ０ｒｘ１ Ｉ １ ７２６ ‘’ 根据马钢ＣＣＰＰ机组定子更换实际吊装工况， 结合理论计算结果，分别在两跨行车梁的下翼缘 的中部布置单向应变计（Ｒ１、Ｒ２），在悬吊梁起吊位 置的两侧分别布置三向应变花（Ｒ３一Ｒ５、Ｒ６一Ｒ８、 Ｒ９一Ｒ１ １、Ｒ１２一Ｒ１４）；在两跨行车梁的一侧腹板中 部分别布置三向应变花（Ｒ１５一Ｒ１７、Ｒ１８一Ｒ２０）。在 行车梁上共２０个测点，如图７所示。 Ｉ Ｉ鳓语 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ Ｒ６ ：： ＂￣Ｒ６７ Ｒ４２ 一 叶Ｒ４ Ｒ５０—５２（内）（ 内） Ｒ６８． ●Ｒ６９ Ｒ４６－４８邕 ．贸５１ ＼ ＼ ± ４５ ・ｆＲ －ＩＲ∈ ＼ ／ ７０ Ｒ５４—５６ Ｒ５８—６０ （内） （内 ７１ Ｒ６１—６４ ！Ｒ６５ ｂ￣Ｒ１５—１７（Ｒ１ ｝一２０） 一 行车丰粱 ８００ ｒｅ－（Ｒ２） 图８立柱图（单位：ｍｍ） ！‘Ｒ３－５（Ｒ６—８） 本次试验监测共布置７１个测点，另制作８只 温度补偿片，并做好应变计保护，已便于完成两次 模拟荷载试验检测和监控。考虑现场试验环境，配 图７行车梁测点布置（单位：ｍｍ） 用８０根（每根５０ ｍ）屏蔽线缆。 ２．３．２．２行车轨道梁 在厂房检修孔的ｌｌ ｍ边跨段轨道粱的内侧， 分别在两端的下翼缘上表面布置 向应变花 ３试验结果 对行车起吊１４５ ｔ载荷时定子吊装结构各部 分的安全性分析结果如下。 ３．１行车大梁 下缘预测最大应力１ １７ ＭＰａ（不计行车自重影 响），行走轮端中心轴处预测最大应力７１ ＭＰａ；考 虑到实际起吊时对行车进行改装，吊点载荷分散， （Ｒ２１一Ｒ２３、Ｒ３９一Ｒ４１），在中部下翼缘上表面布置 单向应变计（Ｒ３１）；分别在起吊时行车滚轮的一边 位置的下翼缘上表面布置三向应变花（Ｒ２７一Ｒ２９、 Ｒ３２一Ｒ３４），在另一边布置单向应变计（Ｒ３０、Ｒ３５）， 在腹班板中部分别布置三向应变花（Ｒ２４一Ｒ２６、 Ｒ３６一Ｒ３８）。在轨道梁上共２１个测点。 ２．３．２．３立柱 大梁下缘最大应力较预测值降低，满足安全要求。 ３．２厂房行车轨道梁 在厂房检修孔的１１ ｍ边跨段的２号Ｈ型立 柱的上端、下端及中部加固节点位置、在外立柱一 侧表面靠前位置和内立柱一侧表面靠后位置分别 布置三向应变花（Ｒ４２一Ｒ４５、Ｒ４６一Ｒ４８、Ｒ５０一Ｒ５２、 Ｒ５４－Ｒ５６、Ｒ５８一Ｒ６０、Ｒ６２一Ｒ６４），在另一侧对应位 下缘预测最大应力１２０ ＭＰａ，中性轴处预测最 大应力７７ ＭＰａ，满足Ｑ ３４５钢强度要求。 ３．３厂房立柱 预测最大应力３４ ＭＰａ，结合中冶公司给出的 ｌ鸶 王成舟：马钢ｃｃＰＰ机组三菱发电机定子更换方案的优化 ６结语 ５５ 厂房其它载荷在立柱上产生的应力，预测最大应力 为３４＋２９５￣０．２７＝１ １４ ＭＰａ，满足Ｑ ３４５钢强度要求。 ４结果比对 一 通过详细力学分析、计算并进行试验，最终采 用中方方案。行车改造后最终用１４５ ｔ载荷进行试 验，完全满足吊装要求，两种方案工期和费用的对 比见表１。 表１方案对比表 马钢新区ＣＣＰＰ机组三菱电机定子更换优化 方法提供了解决类似问题的新经验，具有较好的 有效性和可行性，可在工程建设和检修项目中参 考采用。 （收稿日期：２０１１－０４—２３；修回日期：２０１１－０７—１４） 参考文献： 【１］吴建生．工程力学【Ｍ】．机械Ｔ业出版社，２００３． 【２】钢结构设计手册．中国建筑工业出版社，２００４． 【３】ＧＢ ５００ｌ７——２ｏ０３．钢结构设计规范【ｓ】． 【４］北京科技大学，东北大学编．材料力学【Ｍ１．高等教育出版社． 【５】机械设计手册．化学工业出版社，２０１０． ５应用情况 （１）中方方案已于２０１０年５月２５日在马钢 ［６】ＤＬ ５０１１－１９９２．电力建设施工及验收技术规范（汽轮机 机组篇）【Ｓ］． 【７］电ＤＬ５００９．１—２００．２．力建设安全工作规程（火力发电厂 篇）［ｓ］． 热电总厂二分厂进行吊装应用，结果表明，中方方 案安全可行、可靠，技术应用效果很好；发电机定 子进行现场更换，大大缩短工期、节约费用，受到 马钢热电厂高度评价，日方工程技术人员肯定了 我方技术方案。 【８］中冶华天工程技术公司设计设图纸及计算报告［Ｒ１ ＿【９】合肥Ｔ业大学测试报告［Ｒ】． （２）目前该项目已获得２０１０年度中国电力建 设科学技术成果三等奖，且该方案被编人了电力建 设标准工法《单行车吊装平台发电机定子吊装施 工工法》。 作者简介： 王成舟（１９６２一），男，本科，工程师，从事电站检修Ｔ作。 ＋“－－４－－”＋“－＋－”＋。＋ ＋”＋ ＋ 十。＋ ＋”＋。＋”＋”＋ ＋”＋”＋。＋”＋“＋。＋。＋ ＋“＋ ＋”＋”＋。＋“、 ３Ｊ－ 。十 ： ＋ ＋ ： ： 努力 ．＋一＋一＋一＋一＋ 越追求卓越 ＋ ＋ ＋ ＋。＋ ＋。＋．＋ ＋ ＋．＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋。＋。＋．＋ ＋ ＋．．＋ ＋ ÷ｔ ’ ＋ ＋ ｋ一＋开创安徽电网新局面 土