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发电机定子多种吊装方案与计算
郑岩
定子是发电工程的核心部件，也是工程施工中最重的大件。
其定子重（运
输重量/吊装重量）：
30MW：
44.72/42t、50MW:
68/66t、200MW：
178/174.4t、300MW：
201/194t、600MW：
335/325t、1000MW：
462/443t。
定子吊装重量超过桥吊额定负载时应完整校核：
箱型结构几何尺寸、载荷技术、强度计算、稳定校核、刚度计算、焊缝强度计算、千金钢丝绳计算、牵引钢丝绳牵引力计算、吊钩强度计算、轮压计算、扁担设计、吊车轨道梁校核、牛腿强度校核、两台吊桥抬吊负荷分配计算等。
上述计算校核中，视吊装方案不同，而校核技术重点不一，按需舍取。
一般重点放在桥吊主梁强度和端梁强度校核。
根据需要在桥吊订购时，将主梁端梁强度加大，也是一种可行的方案；采用绳索液压提升不用吊车则无需校核。
多种发电机定子吊装，其方案类别及校核主要内容简述如下。
第一种方案：
两台桥式吊车抬吊，大车小车均可移动，但不准同时操作两个动作的方案；桥式吊车主梁，厂家允许可移动的最大集中荷载为75×1.1=82.5t。
一、两台75t桥吊抬吊发电机定子计算
（一）桥式吊车主梁断面尺寸图
（二）有关数据及计算
发电机定子净重：
174396.4kg；（即起吊就位重量）
桥吊总重：
86266kg（其中小车重30316kg，桥架重55950kg）共2台；
定子吊装用钢丝绳：
φ60.5mm，L＝22m一对。
φ60.5mm钢丝绳重量12.3kg/m，加上钢丝绳插接段，一对总长60m，因此，钢丝绳总重为：
12.3×60＝738kg；
自制吊装扁担：
φ426×12mm，L＝10m的无缝钢管，灌满混凝土（强度等级为C30）。
钢管重量计算：
ρπh（R2-r2）＝7.85×3.14×10×（0.2132-0.2042）＝0.925t
混凝土重量计算：
ρπr2h＝2.4×3.14×0.2042×2.266＝0.711t
则吊装扁担重量为：
0.925+0.711＝1.636t；
140t滑轮组一对，共2t。
两台桥吊总起升重量计算：
174.3964+0.738+1.636+2＝178.77t
加上卡扣及平行滑轮，总重约179.5t。
为满足桥吊起升重量在1.1倍动负荷范围内，需拆除整套副起升装置，并用一对140t滑轮组替换两台桥吊主钩，单台桥吊副起升装置5.327t，主钩及滑轮组2.25t，则两车实际载重量为179－10.654－4.5＝163.846t，因此单台桥吊载重为163.846÷2＝81.923t＜82.5t，在桥吊1.1倍带负荷范围内，满足桥式吊车厂家要求。
（三）地下室支撑校核计算
定子重174.3964t，在滑道上设置4个60t级重物移运器，则每个移运器承担定子重量的1/4，即174.3964/4＝43.6t，存在动载因素，按单根管承担50t计算。
支撑钢管为φ219×7mm，长度L=2.5m，其惯性半径ρ＝7.5cm，则长细比λ＝L/ρ＝250/7.5＝33，查表得φ＝0.958，219×7mm钢管其截面面积A＝46.82cm2，则其压应力
σ＝F/Aφ＝50000/（46.82×0.958）＝1115kg/cm2
σ＜[σ]1600kg/cm2，故采用φ219×7mm钢管作为支撑安全。
（四）桥吊主梁抗弯强度校核
两台75/20T桥式起重机厂家资料，主梁截面尺寸高2000mm，宽800mm箱形梁结构。
具体截面形状见上图：
（桥式吊车主梁截面尺寸代号图括号部分）
上下盖板到形心惯性矩为I1，单侧腹板惯性矩为I2，箱形梁的惯性矩为I：
I＝2I1+2I2；I1＝b1h13/12+a12A1；I2＝b2h23/12；
b1＝80cm，h1＝1.6cm，a1＝99.2cm，A1＝b1h1＝128cm2；b2＝0.8cm，h2＝196.8cm。
将上述值代入后，可求得I1＝1259629cm4，I2＝508141cm4，I＝3535540cm4。
上下盖板到形心的最大距离为y＝100cm，则得出该梁的弯曲截面系数W＝I/y＝35355.4cm3。
定子吊装时，小车在跨中时主梁承担的弯矩最大，每台桥吊总重为86266kg，单台桥吊副起升装置5.327t，定子起吊重量的一半为178.77/2＝89.4t，则单侧轨道梁对1侧桥吊主梁的支反力为（86266－5327+89400）/4＝42585kg。
每个桥吊主梁的重量为27975kg，桥吊跨距为28.5m，则：
Mmax＝（42585×2850/2）－（27975/2）×（2850/4）＝50717175kg·cm
所以σmax＝Mmax/W＝50717175/35355.4＝1434kg/cm2
σmax＜[σ]＝1600kg/cm2（主梁钢板的材质为Q235b），故安全。
（五）吊装扁担及吊装钢丝绳强度校核
140吨滑车组与扁担及定子的连接，对其进行受力分析：
静子重174.3964t，则F1＝174.3964/2＝87.2t，求得F＝104t，F2＝56.22t
1、抗弯校核
M＝F1×13.3＝87.2×103×13.3＝1159760kg·cm
W＝π（D4d4）/320D＝π（42.64－40.84）/（32×42.6）＝1203cm3
则σ＝M/W＝1159760/1203＝964kg/cm2＜[σ]＝1600kg/cm2
2、抗压稳定性校核
扁担两端受力为F2＝56.22t，相当于自由杆件。
φ426×9mm的无缝钢管横截面面积S＝117.9cm2，惯性半径ρ＝14.74cm，则长细比值λ＝1/ρ＝（830+13.3×2）/14.74＝58.1
查钢材折减系数表得φ＝0.842，则扁担压应力为：
σ＝F2/Sφ=56220/（117.9×0.842）＝566.3kg/cm＜[σ]＝1400kg/cm2
因此，扁担强度足够。
3、钢丝绳强度校核
静子吊装钢丝绳φ60.5mmL＝22m一对，8股，静子重174.3964t，求得F＝104t，φ60.55mm钢丝绳破断拉力190000kg，则安全系数
K＝190000/（104000÷4）＝7.33＞7安全可用。
140t滑轮组与扁担连接钢丝绳φ39mmL=11m一对，单侧缠绕扁担5圈，10股绳受力，静子+扁担+吊装钢丝绳＝177.0444t，φ39mm钢丝绳破断拉力78700kg，则安全系数：
K＝78700/（177044.4÷20）＝8.89＞7安全可用。
（六）吊钩改造及滑轮重新穿绕情况
定子吊装前在每台小车上，主起升定滑轮组承重梁正上方横一25＃槽钢（L2600mm），槽钢与桥吊小车之间为不连续点焊，并在槽钢内放一根φ219×10mm的无缝钢管（L＝1000mm），下方挂一20t平衡滑轮。
拆除桥吊主钩，用一对140t滑轮组代替主钩，重新穿绕主起升钢丝绳，对桥吊主起升进行改造，140t滑轮组使用中间6个滑轮，穿绕12股绳。
（七）主起升钢丝绳及卷扬功率校核
桥吊原主起升系统，主钩5个滑轮，穿满共10股绳。
按桥吊1.1倍动负荷计算，主卷扬跑头绳拉力为：
S＝QEn-1（E-1）/（En－1）＝（82.5/2）1.045-1（1.04-1）/（1.045-1）＝9.27t
改造后的吊装系统，共12股绳。
因两台桥吊总起重量为179.5t，则单台起升89.75t，所以主卷扬跑头拉力为：
S＝QEn-1（E-1）/（En－1）＝（89.75/2）1.046-1（1.04-1）/（1.046-1）＝8.58t
因为8.58t＜9.27t，所以主起升钢丝绳及主卷扬功率均能满足吊装要求。
（八）32t辅助平衡滑轮支承梁抗弯校核
φ219×10mm无缝钢管与25＃槽钢焊接在一起，用于20t辅助滑轮绑扎，钢管长1000mm，两承重梁间有效长度为160mm，绑扎点位于管中心。
已知卷扬机跑头拉力为8.58t，则平衡滑轮受力必小于8.58×2＝17.16t，钢管受力按17.16t算，
则：
M＝PL/4=17160×16/4=68640kg·cm
W管＝（D4-d4）/32D＝π（21.94-19.94）/（32×21.9）＝328.2cm3
σ＝M/W=68640/328.2=209.1kg/cm2＜[σ]=1600kg/cm2
二、75t桥吊轨道梁相关计算
（一）两台75t桥吊在卸发电机定子位置时轨道支墩受力核算
查图纸，单台75t桥吊自重84.6t，除去小车重量27t，其余部分重57.6t，作用力点在桥吊大梁中心。
定子总重184t，加上索具6t，共190t，单台桥吊承重95t。
单台桥吊小车处于卸定子位置时，小车停放位置共承重为95t+27t＝122t。
桥吊小车桥吊大梁
吊车梁长28.5m
A
14.25m
排57.6tP
19.9m122t
P×28.5＝57.6×14.25+122×19.9P＝114t
桥吊单侧共4个轮，最大单轮压力
Pd＝114/4＝28.5t
吊车行走台车
桥吊轨道土建梁
7.4米7.4米
116.5mP1P2P2P111.65米桥吊
土建梁支墩
P2×11.65＝P1×7.4
P2＝（Pd×4）×7.4/11.65＝72.4t
桥吊轨道土建梁12米重5.7t，
所以支墩处受力P＝P2×2+5.7＝72.4×2+5.7＝150.5t
（二）两台75t桥吊在安装发电机定子位置时轨道梁牛腿受力核算
查图纸，单台75t桥吊自重84.6t，除去小车重量27t，其余部分重57.6t，作用力点在桥吊大梁中心。
定子总重184t，加上索具6t，共190t，单台桥吊承重95t。
单台桥吊小车处于卸定子位置时，小车停放位置共承重为95t+27t＝122t。
P×28.5＝57.6×14.25+122×16.2P＝98.1t
桥吊单侧共4个轮，最大单轮压力
Pd＝98.14/4＝24.5t
P2×11.65＝P1×7.4
P2＝（Pd×4）×7.4/11.65＝（24.5×4）×7.4/11.65＝62.3t
桥吊轨道土建梁12米重5.7t，所以
支墩处受力P＝P2×2+5.7＝62.3×2+5.7＝130.3t
据以上计算得出结论，两台75t桥吊吊运发电机定子时，轨道土建梁支墩最大受力为150.5t。
（三）桥吊轨道梁受力核算
在定子吊装大车行走得整个过程中，经过汽机间12m跨距时，最多同时有6个桥吊车轮作用在同一轨道梁上，如图：
12000
8600
44004400
850850850850850850850850
21502150
已知桥吊最大单轮压力为27222kg，因此，12米跨距轨道最大承重负荷为27222×6＝163332kg，经设计院校核，吊车轨道梁满足吊装要求。
第二种方案：
一台桥吊吊装定子的校核
简述：
以50MW机组定子吊装为例：
方法是定子从A排外拉人厂房内，则发电机定子为横向达到发电机纵向中心，垂直起吊，超过汽机岛后，走大车在岛上100mm高的位置，定子转向后；继续走大车，到达定子就位的位置落下。
或桥吊在汽机岛上打支撑，只走小车方案。
两种方式取其一种。
一、相关数据
1、桥式吊车大钩额定吊重50t，计算安全移动吊重为50×1.1=55t，定子吊装重量66t，转向大钩2.1t，绑绳0.9t，考虑动载系数为1.1,起吊绑绳选Φ526×37+1钢丝绳，安全系数K6~8，选7，滑轮综合摩擦系数E=1.04，小车自重12.76t，小车设计最大轮压17.5t，桥架主梁材质Q235，许用应力1600kg/cm2，
2、桥吊主梁断面几何尺寸：
（见第一种方案的主梁截面图非括号部分）
二、相关计算
1、利用定子吊盘的钢丝绳计算：
钢丝绳应承受的力F=（66+2.1+0.9）×1.1/4=18.7275t，
钢丝绳破断力S=52d2，
钢丝绳安全承载力P=S/K=20.1t>18.7275t，安全可行。
2、小车钢丝绳强度计算：
小车升降采用5-5滑轮组，现增加2-2滑轮组，走绳由10根变为14根受力，减轻牵引力，增加摩擦力。
（1）原吊车主钩钢丝绳牵引力：
S=Q.En-1.E-1/En-1
S1=55×1.0410-1×（1.04-1）/1.0410-1=6.52t
（2）更换主钩增加滑轮组后走绳牵引力
S2=68.1×1.0414-1×（1.04-1）/1.0414-1=3.72t
S1>S2安全
3、钢丝绳长度校核
吊车原设计提升高度25米，10股绳承担，则有效长度为250m，改造后14股，提升高度10米，有效绳长140m，满足需要。
4、小车轮压
小车承载G=66+2.1+12.76=80.86t；小车轮压P=G/4=80.86/4=20.215t；
小车轮压20.15大于设计轮压，故将后增滑轮组固定在临时可靠横担上，则轮压为P=20.215/14÷10=20.215/1.4=14.44t<17.5t，轮压不超标。
5、桥架主梁校核（见主梁截面图尺寸）y=152÷2+2=78cm,L=23.50m
（1）第一种算法
惯性矩I=[1/12×65×23+65×2×772+1/12×0.8×1523]×2=2.01×106cm4；
主梁截面积模量W=I/y=2.01×106/78=25767.5cm3；
主梁最大集中载荷P=（66+2.1+12.76）/2=40.43t；
主梁最大弯矩M=（1.1×P×L）/4=（1.1×40.43×2530×103）/4=26.13×106kgcm；
主梁最大弯曲应力δ=M/W=26.13×106/25767.5=1014kg/cm2<1600kg/cm2
（2）第二种算法（见主梁截面图括号内符号相应尺寸）
设上下盖板到形心惯性矩为I1，单侧腹板惯性矩为I2，箱形梁的惯性矩为I:
则主梁惯性矩I=2I1+2I=2×770781+2×234121=2009804cm4；
I1=b1h13/12+a12A1=65×2/12+772×130=770781cm4；
I2=b2h23/12=0.8×1523/12=234121cm4；
主梁截面积模量W=I/y=2009804/78=25766.7cm3；
主梁最大集中载荷P=（66+2.1+12.76）/2=40.43t；
主梁最大弯矩M=（1.1×P×L）/4=26.13×106kgcm；
主梁最大弯曲应力δ=M/W=1014kg/cm2<1600kg/cm2
三、采取上述措施并满足校核要求；但是，集中荷载69t，明显超过厂家允许动载50×1.1=55t，且没按设计规定进行全部校核，应征求厂家意见！
如果厂家不同意，则改为主梁在汽机岛上打支撑，减小主梁承力跨距，大大减小主梁弯矩。
定子在横中心处提升，增加临时小车承担临时增加的滑轮组载荷，并与原小车联为一体，大车固定牢靠，支撑与主梁接触良好，用卷扬机和滑轮组牵引小车移动到定子纵向中心后落下。
变只走大车方案为只走小车方案，实践多次，即安全且各方面均能接受的可行方案。
第三种方案：
一台桥吊一台履带吊吊装校核
在30MW机组定子和600MW机组定子吊装均有实践经验。
现简述30ME机组定子吊装计算：
定子吊装重量42t（拆除两侧端盖后），QD32/5t桥式吊装一台，150t履带吊一台。
H32×3D滑轮组一套。
程序：
履带吊卸定子，移到发电机横中心处；扁担计算后、负荷分配计算好位置，绑绳核算安全系数7倍以上；桥吊固定牢靠；桥吊在额定负荷下，移动小车；履带吊计算好吊幅吊重，只允许一个动作，配合桥吊小车向定子纵向中心徐徐移动，到纵向中心后两车徐徐降落就位。
第四种方案：
两台桥吊抬吊计算与校核
针对大机组1000MW、600MW级的定子吊装，桥式吊车订货时，考虑了定子重量，桥吊主梁强度应满足吊装定子要求，一般订购两台。
本方案重点是两台桥吊抬吊定子，提升到汽机岛100mm后，只走大车的吊装方案。
以1000MW机组定子吊装为例（见下图）：
发电机定子重量443t，长度11.2m。
汽机房已配备二台235t/32t桥式起重机，起吊高度29m。
发电机定子吊装由二台235t/132t桥式起重机直接抬吊就位安装。
平板车载发电机定子从汽机房倒入，到达汽轮发电机纵中心位置，如果是A排进，需考虑转向。
在汽机房卸车时，当提升100mm高，要停10分钟，观测各部位有否异常；要测量两台吊车主梁反拱减少值，即挠度值是否超过L/750。
利用两台行车抬吊就位，起吊时制作了一根专用抬吊梁，两车抬吊，总起吊重量470t，两台吊车按要求进行电气联锁，从而保证动作协调一致。
抬吊梁必须经过技术计算，根据两台吊车抬吊力点，确定绑绳位置，承力点的力的分析和计算；抬吊梁的结构设计；强度刚度计算；吊钩选型及计算；卡扣强度校核、抬吊时主厂房的轨道梁的弯矩校核，及牛腿剪力校核，均不能缺少。
第五种方案：
液压顶升
如果桥式起重机主梁强度刚度不满足定子吊装要求，例如：
定子重445t，桥式吊车为240t一台，则用自制箱型梁和水平移动机构、及4台液压提升装置，进行提升就位。
1、确定自制箱型梁结构及截面尺寸（详见下图）
跨距同桥吊跨距相同40.5m，自制箱型梁一套及行走机构79t，计两根总重158t，液压系统、绳索、抬吊设置重64t，桥吊大车轮压厂家给定为440KN。
2、利用已安装试验结束的240t桥吊，制定自制箱型梁吊装就位方案。
3、定子进入厂房到达发电机纵向中心时，提升100mm后，静停10分钟，测量自制梁挠度变化值，应在40200/750=53.6mm范围内。
4、最大挠度校核：
=51mm，挠度控制梁长L/750可行。
5、汽机房吊车轨道轮压计算：
自制梁及提升系统均由移动装置轮作用在桥吊轨道上，经力的分析和计算，A排轮压大，为425KN，小于厂家允许值。
6、箱型梁弯曲应力校核：
（1）惯性矩：
Ix=2.33
10
mm
；y
=y
=1486mm
I
=0.324
10
mm
；x=540mm
（2）截面模量：
Wx=1.568
10
mm
；Wy=0.6
10
mm
（3）最大弯矩M1=1579.8tm
（4）最大合应力为σ=158Mpa<160Mpa
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