周寧抽蓄電站定子防塵棚的設計

吳 靖，鄭達煒

（中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350000）

1 工程概況

周寧抽水蓄能電站位于福建省寧德市周寧縣七步鎮境內，距周寧縣城公路里程約19 km，距福安、寧德、福州三市公路里程分別為39 km、96 km、185 km。電站主要由上水庫、輸水系統、地下廠房系統、地面開關站及下水庫等建筑物組成。地下廠房內安裝4 臺單機容量為300 MW 的混流可逆式水輪發電機組，總裝機容量為1 200 MW。

本工程按其裝機容量確定為一等大（1）型工程。上水庫大壩、輸水系統、地下廠房、開關站、下水庫大壩及泄洪設施等主要建筑物按1 級建筑物設計，其他次要建筑物按3 級建筑物設計；臨時建筑物按4級建筑物設計。

本電站定子的部分差數如下：

（1）定子機座的外徑Φ8 000 mm，機座高度4 510 mm，定子的基礎鋼支墩高度為1 755 mm，因此定子在安裝場裝配時的實際高度6 265 mm。

定子吊裝時，平衡梁底部距安裝場地面的高度8 055 mm。

（2）定子轉子吊裝的平衡梁

定子轉子吊裝時共用一套平衡梁裝置，平衡梁的長度為11 630 mm。因此定子防塵棚布置應考慮滿足轉子吊裝要求。

2 定子防塵棚的設計

定子防塵棚在設計時不但需要考慮到防塵、除濕、安全等要素，還應綜合考慮到定子在組裝時各零部件和設備的吊裝問題以及組裝完成之后定子和轉子的整體吊裝問題。因此防塵棚在設計的時候，除了棚架的外形尺寸，還要考慮到棚架內部的各種設備吊裝問題；廠房安裝間在棚架完成安裝之后，還要為其他的大件設備留出空間以便其施工。

2.1 定子防塵棚的設計

本電站安裝間共有2 個定子工位和1 個轉子工位。由上述參數可知，轉子吊裝時平衡梁距安裝場地面的高度小于定子防塵棚的高度，因此兩個定子防塵棚之間的預留間距應滿足轉子吊裝要求，即間距大于11 630 mm。廠房橋機主鉤距安裝場地面的高度10 300 mm，副鉤距安裝場地面的高度11 100 mm，駕駛室底部距安裝場地面高度8 735 mm。

主廠房的溫度良好，但前期通風空調未形成，空氣的相對濕度大于90%，施工期間廠房粉塵大，因此棚架的設計要滿足密閉的要求。根據定子疊片、下線和吊裝特點，定子棚架還應考慮以下要求：

（1）定子測圓架、鴿尾筋、鐵心沖片、鐵心預壓工具的吊裝。

（2）定子線棒上部并頭塊焊接、匯流排安裝。

（3）定子交流耐壓的安全距離。

（4）定子吊裝時，定子防塵棚能夠靈活拆除。

根據現場環境因素，結合定子、轉子裝配特點，我部設計的防塵棚主要特點如下：

（1）定子棚架外形尺寸（長×寬×高）11 500 mm×10 100 mm×7 860 mm；棚架與廠房橋機駕駛室不干涉；定子防塵棚間距11 782 mm，可以滿足平衡梁通行；防塵棚頂部活動蓋板中心線在安裝場定子基礎板設計中心線下游950 mm，因此定子裝配時所需要的設備和零部件都可以通過橋機副鉤或10 t 電動葫蘆吊入/出防塵棚，且防塵棚內部有足夠空間放置空調、除濕設備、施工工具和材料。棚架的主體采用鋼結構，主結構采用Q235 鋼材，定子棚設置11 根立柱（10 根有牛腿，1 根無牛腿）H 型鋼200 支撐整個棚架。

（2）防塵棚的棚架采用鋼結構，主結構材料采用H200 型鋼，Q235A。

（3）防塵棚的外表面彩鋼板覆蓋，滿足防火要求。

（4）防塵棚內設空調和除濕機，滿足保溫、除濕的要求。同時設置一臺軸流風機，保證防塵棚內部的空氣流通。

（5）防塵棚的頂蓋和下游側面板為可拆卸結構，當定子裝配完成后，拆除頂蓋和下游側面板，即可進行定子吊裝。

（6）定子防塵棚的頂蓋中間區域設一移動天窗，可手動操作打開和關閉，便于定子鐵心沖片和相關工裝、設備從棚架上部進出。定子棚內設置一個可自由1 t 電動葫蘆的小行車，用于定子內的鐵心預壓工具、線棒、上部并頭塊焊接工具等吊裝。

圖2 定子防塵棚效果圖

2.2 定子防塵棚主要受力部件的計算

（1）立柱的長細比計算

立柱選用H200 型鋼（H200×200×8×12），立柱高度L=7 560 mm，立柱上部之間用檁條固定，立柱底部與基礎框架固定。

立柱承壓桿件的容許長細比[λ]=150。

型鋼H200×200×8×12 的慣性矩Ix 為4 720 cm4，Iy 為1 600 cm4；截面積A為63.53 cm2；則

計算得到ix=8.62 cm，iy=5.02 cm

由于立柱上部和底部均固定，因此取μ=0.5。

計算得到λx=43.85，λy=75.3，均小于[λ]，立柱穩定性滿足設計要求。

（2）1 t 電動葫蘆行車軌道的荷載

1 t 電動葫蘆行車軌道選用工字鋼I20a，理論重量27.9 kg/m，總長11.4 m，焊接在牛腿下部，間隔2.8 m。電動葫蘆只用于定子下線時，線棒的吊裝工作，最大起重量為50 kg。

圖3 行車軌道荷載圖

I20a 的抗彎截面系數為Wz=237 cm3，材質Q235，許用應力[σ]=160 MPa；

當1 t 電動葫蘆懸吊1 t 荷載，移動至電動葫蘆軌道端頭，行車軌道承受最大荷載Fmax，

由上述計算，Fmax ＜[F]，行車軌道滿足設計要求。

（3）牛腿計算

牛腿選用H200 型鋼（H200×200×8×12），牛腿長度L=250 mm。

型鋼H200×200×8×12 的截面積A為63.53 cm2，慣性矩Ix 為4 720 cm4，抗彎截面系數Wx 為472 cm3；

圖4 牛腿受力荷載圖

牛腿承受的荷載q1，當1 t 電動葫蘆懸吊1 t 荷載，并且移動至電動葫蘆軌道端頭，通過行車軌道，傳遞到牛腿，此時牛腿承受最大荷載F1max，

根據牛腿受力荷載圖，牛腿承受均布荷載q1和剪應力τ1，q1==14.16÷0.1=141.6 kN/m（l=0.1 m，如圖4 所示）

牛腿承受的荷載q2，防塵棚頂部蓋板荷載（0.3 kN/m2）通過檁條（檁條長度為9 550 mm，檁條最大均布載荷為0.684 kN/m），傳遞到牛腿，此時根據牛腿受力荷載圖，牛腿承受均布荷載q2和剪應力τ2，

牛腿的最大彎矩Mmax=M1+M2

牛腿彎矩正應力σ，

牛腿最大剪應力τmax，

根據材料力學最大剪應力理論σmax，

由上述計算，σmax ＜[σ]=160 MPa，牛腿滿足設計要求。

3 定子防塵棚的施工要求

（1）焊接工作應由取得考試合格證的焊工擔任，板材拼接焊接、坡口焊縫、構件與構件為二級焊縫。例如：牛腿制作焊縫、立柱與底板間焊縫、小行車軌道與牛腿間焊縫等，這些焊縫焊接完成后，應進行PT 無損探傷檢查，無裂紋。

（2）焊條選用E5015，焊條使用時發現返潮和濕潤現象，應按焊條產品說明書進行烘烤處理。

（3）立柱安裝前，應對現場進行測量檢查，設置平面控制網，要求布線與機組中心線的相地誤差小于10 mm。

（4）立柱的垂直度小于3 mm，其中心與設計偏差小于2 mm，立柱間的對角線差小于4 mm。

（5）立柱的牛腿安裝時，高程偏差為小于3 mm。

（6）立柱間采用F50 型鋼連接，F50 型鋼兼作為周邊面板的框架。

（7）面板與面板框架采用自攻螺絲固定。安裝時注意以下事項：

1）預緊力不宜太強，避免造成彩色涂層鋼帶變形。

2）彩色涂層鋼帶的對接部位采用搭接。

3）對于可能漏風區域，使用玻璃膠（藍色）密封。

（8）防塵棚棚架的螺栓孔須采用機械開孔，不得使用氣割。

（9）型鋼下料后，對毛邊、毛刺應去除干凈。

（10）各部件焊接后，要去除藥皮，進行防腐刷漆，防腐要求如下：

1）二道底漆、一道面漆，底漆為環氧富鋅底漆，面漆為環氧面漆（灰白色），使用時，兩者須為同一品牌。

2）電動葫蘆軌道的面漆為黃色。

4 結語

在定子防塵棚安裝完成投入使用后，定子組裝的工作環境有了極大的提高，工作人員可以很好的避開地下廠房內部的粉塵污染。在工作中通過防塵棚頂部的可移動式天窗也能非常方便的進行設備和零部件的吊裝，內部的電動葫蘆只用于下線時的線棒吊裝，操作簡便，使得定子組裝工作的效率和質量都大為提高。