廖 立，尹 寧，翟 賀

（構(gòu)皮灘發(fā)電廠，貴州 遵義 563104）

1 設(shè)計(jì)背景

根據(jù)DL/T 817-2014《立式水輪發(fā)電機(jī)組檢修技術(shù)規(guī)程》[1]要求，將定期對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組開(kāi)展檢修，從而保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，水輪發(fā)電機(jī)組的檢修主要分為A、B、C、D 四個(gè)等級(jí)，每個(gè)時(shí)間段的檢修計(jì)劃如下：

（1）A 級(jí)檢修指對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行全面的解體檢查和修理，以保持、恢復(fù)或提高設(shè)備的性能，檢修年限為5~8 年一次，根據(jù)機(jī)組的裝機(jī)容量，檢修時(shí)間為30~85 d。

（2）B 級(jí)檢修指發(fā)電機(jī)組某些設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)發(fā)電機(jī)組部分設(shè)備進(jìn)行解體檢查和修理，檢修年限為2~4 年一次，根據(jù)機(jī)組的裝機(jī)容量，檢修時(shí)間為20~65 d。

（3）C 級(jí)檢修指根據(jù)設(shè)備的磨損、老化規(guī)律，有重點(diǎn)的對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行檢查、評(píng)估、修理、清掃和消缺，可進(jìn)行少量零部件的更換，設(shè)備的消缺、調(diào)整、預(yù)防性試驗(yàn)等作業(yè)，每年兩次，根據(jù)機(jī)組的裝機(jī)容量及技改項(xiàng)目等，檢修時(shí)間為18~30 d。

（4）D 級(jí)檢修指發(fā)電機(jī)組總體運(yùn)行狀況良好，而對(duì)主要設(shè)備的附屬系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行消缺，一般一月兩次，每次時(shí)間為6 h 左右，主要針對(duì)機(jī)組的缺陷。

本文定子檢修平臺(tái)的研制，主要針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的A 修使用。將機(jī)罩、上機(jī)架、轉(zhuǎn)子、下機(jī)架、頂蓋以及轉(zhuǎn)輪等零部件全部吊出后，在不影響水機(jī)部分設(shè)備檢修的前提下，將定子檢修平臺(tái)安裝好后吊入機(jī)坑，使發(fā)機(jī)部分與水機(jī)部分有效隔離，為定子檢修工作人員提供一個(gè)安全可靠的作業(yè)環(huán)境。

2 目前狀況

目前水輪發(fā)電機(jī)組的A 級(jí)檢修，將機(jī)罩、上機(jī)架、轉(zhuǎn)子、下機(jī)架、頂蓋以及轉(zhuǎn)輪等零部件全部吊出后，沒(méi)有對(duì)機(jī)坑進(jìn)行安全隔離，在進(jìn)行定子檢修作業(yè)時(shí)存在高處墜落和上下交叉作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，雖然做好了個(gè)人和工器具防墜落措施，但是沒(méi)有完全的扼制安全隱患，并且根據(jù)上下交叉作業(yè)安全管理規(guī)定，存在上下和垂直交叉作業(yè)時(shí)，必須做好安全措施，設(shè)置完全封閉的隔離層并且滿足承重要求。如果搭設(shè)一個(gè)腳手架對(duì)其進(jìn)行隔離和定子檢修，難度非常大，機(jī)坑的直徑為9 500 mm，跨度大，而且腳手架底部沒(méi)有可靠的支撐點(diǎn)，腳手架搭設(shè)時(shí)存在很高的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此本文設(shè)計(jì)一種安裝拆除方便、質(zhì)量輕的定子檢修平臺(tái)用于機(jī)組A 修，由于不同容量的裝機(jī)機(jī)坑尺寸不同，因此本文主要針對(duì)以單機(jī)容量為600 MW的水輪發(fā)電機(jī)組為例，研制一種機(jī)坑定子檢修平臺(tái)并應(yīng)用到水輪發(fā)電機(jī)組A 修中。

3 定子檢修平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案

3.1 材料的選定

材質(zhì)選擇鋁合金材質(zhì)，設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yè)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(yè)用鋁及鋁合金板、帶材 第2 部分：力學(xué)性能》和GB/T 3880.3-2012[4]《一般工業(yè)用鋁及鋁合金板、帶材 第3 部分：尺寸偏差》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。平臺(tái)由承重梁、踏板和各連接件組成，其中平臺(tái)梁體部分采用 25 號(hào)與20 號(hào)高強(qiáng)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(tái)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(tái)。

3.2 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

定子檢修平臺(tái)主要由主梁、副梁、邊梁和踏板組成，根據(jù)鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，鋁材牌號(hào)選擇6061-T4，經(jīng)多個(gè)方案計(jì)算對(duì)比，并根據(jù)機(jī)坑的直徑為9 500 mm，確定定子檢修平臺(tái)的直徑為10 100 mm，用4 根主梁（25 號(hào)工字鋁）和 9 根副梁（20 號(hào)工字鋁）承受總載，19 根邊梁對(duì)腳踏板進(jìn)行限位固定，并在定子檢修平臺(tái)中間設(shè)計(jì)一個(gè)直徑為2 300 mm 的圓孔，其目的是不影響水機(jī)部件的檢修作業(yè)，如圖2。

圖2 定子檢修平臺(tái)設(shè)計(jì)平面圖

3.3 定子檢修平臺(tái)承重計(jì)算

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50429-2007[5]《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》表4.3.4 鋁合金材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值表，對(duì)定子檢修平臺(tái)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，主、副梁體牌號(hào)選擇6061-T4，踏板牌號(hào)選擇6063-T5，鋁材牌號(hào)強(qiáng)度如表1。

表1 鋁材牌號(hào)強(qiáng)度

為保證平臺(tái)在安裝和使用時(shí)的安全穩(wěn)定，抗拉、抗壓、抗彎值均不能超過(guò)設(shè)計(jì)值的三分之一，則抗拉強(qiáng)度δ1=δb/3=90/3=30 MPa；屈服強(qiáng)度δ2=δ0.2/3=145/3=48.3 MPa；抗剪設(shè)計(jì)τ/3=55/3=18.3 MPa。

計(jì)算主梁與副梁最大跨距，依據(jù)GB 50009-2012[6]《建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，定子檢修平臺(tái)的計(jì)算荷載如表2。

表2 平臺(tái)荷載

根據(jù)機(jī)坑直徑，已確定定子檢修平臺(tái)直徑10 100 mm，載荷與自重總計(jì)9 000 kg，自重約3 500 kg，主梁為25 號(hào)工字鋁，副梁為20 號(hào)工字鋁，踏板為鋁合金中空防滑板220 mm×35 mm（寬×厚）。主梁上設(shè)有2 根吊索，對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算。

3.3.1 計(jì)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(tái)自重、SQK為檢修平臺(tái)均布活載。

3.3.2 計(jì)算均布承載

上述平臺(tái)設(shè)計(jì)中已說(shuō)明其主要由4 根主梁（25號(hào)工字鋁）和9 根副梁（20 工字鋁）承受總載[7]。標(biāo)準(zhǔn)中已說(shuō)明25 號(hào)工字鋁承載能力大于20 號(hào)工字鋁，所以均按20 號(hào)工字鋁校核計(jì)算。承受載荷的梁體總長(zhǎng)為L(zhǎng)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(jié)構(gòu)如圖2 所示。其長(zhǎng)度為主、副梁支點(diǎn)間長(zhǎng)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(jì)算彎曲正應(yīng)力

式中：QW為穩(wěn)定系數(shù)，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(jì)算抗彎截面系數(shù)：

計(jì)算合格。

3.3.4 剪切應(yīng)力計(jì)算

式中：F=3 026.4 N，SZ為面積矩，I為慣性矩，?為10 mm。

計(jì)算合格。

3.3.5 跨距應(yīng)力計(jì)算

式中：P=F=3 026.4 N，?為10 mm，e為集中載荷作用長(zhǎng)度，按100 mm 計(jì)算，為橫向作用點(diǎn)至腹板根部距離，按安全系數(shù)計(jì)算為8 mm。

計(jì)算合格。

3.3.6 梁體均布荷載下的最大撓度計(jì)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(jù)金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定，擾度值不能超過(guò)20 mm，計(jì)算合格。

6063-T5 狀態(tài)型材平臺(tái)踏板與臨時(shí)過(guò)道板均為鋁合金中空防滑板，每塊板寬220 mm，厚 35 mm，抗拉強(qiáng)度90 MPa,屈服強(qiáng)度160 MPa，抗剪強(qiáng)度55 MPa，經(jīng)設(shè)計(jì)和驗(yàn)算確認(rèn)踏板的最大跨度為1 110 mm，寬度為220 mm。

經(jīng)計(jì)算，定子檢修平臺(tái)承重及尺寸符合要求。

4 定子檢修平臺(tái)的安裝步驟

（1）使用8.8 級(jí)的M20×55 螺栓和夾板將對(duì)應(yīng)編號(hào)的兩根主梁Z1、Z2 進(jìn)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(jí)M12×40 螺栓連接。

（3）調(diào)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(jí)M20×55 螺栓和夾板將對(duì)應(yīng)編號(hào)為Z3、Z4 進(jìn)行連接，并將連接好的主梁Z3、Z4 分別放置在主梁Z1、Z2 兩側(cè)，注意主梁Z3、Z4 上的吊環(huán)需朝向平臺(tái)中部。

（5）使用8.8 級(jí)M20×55 螺栓和夾板將副梁F2、F8 進(jìn)行連接。

（6）使用8.8 級(jí)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(cè)面插套對(duì)應(yīng)插接，角梁另一端與主梁Z1 或Z2 使用8.8 級(jí)M12×40 螺栓連接。

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

（10）安裝邊梁B1~B8，副梁上方外圓邊設(shè)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(duì)應(yīng)位置安裝，安裝時(shí)要插裝到位。

（11）鋪設(shè)平臺(tái)板，鋪設(shè)方式按圖2 對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行。

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

圖4 平臺(tái)整體效果圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)多次的現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)和反復(fù)設(shè)計(jì)和計(jì)算，確認(rèn)了定子檢修平臺(tái)的設(shè)計(jì)尺寸并生產(chǎn)后應(yīng)用到水輪發(fā)電機(jī)組的A 修中。機(jī)組在A 修時(shí)將定子檢修平臺(tái)組裝好后，吊入機(jī)坑指定位置，將水機(jī)與發(fā)機(jī)部分有效隔離對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的定子進(jìn)行檢修，極大的提高了水輪發(fā)電機(jī)組檢修時(shí)的安全系數(shù)，有效的扼制了各類潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，為生命安全提供了堅(jiān)實(shí)的保障。