朱晨

(華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州 450015)

1 問題的提出

某燃煤電廠機(jī)組檢修時(shí)，需要對(duì)質(zhì)量為310 t的發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行吊裝施工。電站廠房?jī)?nèi)有2臺(tái)額定起吊質(zhì)量為80 t的橋式起重機(jī)，不能滿足定子吊裝需要。按電站橋式起重機(jī)的安全使用要求，施工載荷不能超過額定載荷，在樣機(jī)的型式試驗(yàn)中最大試驗(yàn)載荷也只達(dá)到1.25倍額定載荷，此次施工載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)備的額定承載能力，屬于超載施工。由于這種超載施工的頻次非常低，如果采購(gòu)新的起重設(shè)備，從時(shí)間、經(jīng)濟(jì)等方面考慮都不合算。為了充分利用有限資源，經(jīng)過核算，可通過增加擱置梁、抬吊扁擔(dān)、液壓頂升裝置等，將2臺(tái)橋式起重機(jī)改造成1臺(tái)定子專用吊裝設(shè)備(如圖1所示)。理論上吊裝施工是可行的，但吊裝設(shè)備安全系數(shù)較低，對(duì)于設(shè)備的使用者來說有很大的風(fēng)險(xiǎn)，因此，如何保證施工中吊裝設(shè)備結(jié)構(gòu)的安全是工程應(yīng)用中必須解決的問題。采用電阻應(yīng)變測(cè)量法對(duì)定子吊裝設(shè)備進(jìn)行施工應(yīng)力監(jiān)控，及時(shí)掌握吊裝過程中設(shè)備結(jié)構(gòu)的受力情況以確保重要受力部位的安全，不失為解決問題的有效途徑之一。

2 測(cè)試方法

吊裝過程中吊裝設(shè)備需要長(zhǎng)距離移動(dòng)，若采用傳統(tǒng)的有線式應(yīng)變測(cè)量?jī)x，不僅不能滿足測(cè)試的要求，而且測(cè)試人員的安全也得不到保障，因此選用DH3819無線靜態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，避免了設(shè)備長(zhǎng)距離移動(dòng)對(duì)導(dǎo)線信號(hào)的影響，同時(shí)保證了測(cè)試人員的安全。應(yīng)變計(jì)是應(yīng)變數(shù)據(jù)采集的敏感元件，選擇適宜的應(yīng)變計(jì)是準(zhǔn)確測(cè)試的前提?？紤]到定子吊裝設(shè)備主要為正軌箱形梁結(jié)構(gòu)，主要受力方向單一、明確，選用BE120-4AA(11)型單向電阻應(yīng)變計(jì)，酚醛-縮醛基底,康銅箔制成,全密封結(jié)構(gòu)，可溫度自補(bǔ)償，柔韌性好，粘貼方便，性能穩(wěn)定，電阻為120 Ω，靈敏度系數(shù)為2.17。為了降低溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，測(cè)量系統(tǒng)采用多點(diǎn)溫度補(bǔ)償，在測(cè)點(diǎn)相對(duì)集中的位置設(shè)置溫度補(bǔ)償片。

3 測(cè)點(diǎn)受力分析

吊裝設(shè)備結(jié)構(gòu)對(duì)稱，以單根主梁進(jìn)行受力分析。根據(jù)吊裝設(shè)備實(shí)際受力情況，將定子吊裝設(shè)備主梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，受力簡(jiǎn)圖如圖2所示，吊裝時(shí)載荷通過C，D點(diǎn)施加于主梁，彎矩圖如圖3所示。

圖2 主梁受力簡(jiǎn)圖

圖3 主梁彎矩圖

燃?xì)廨啓C(jī)定子總質(zhì)量為310 t，載荷通過4根擱置梁，共8個(gè)受力點(diǎn)傳遞給主梁。圖2中：FA，F(xiàn)B分別為A，B點(diǎn)的支反力；FC，F(xiàn)D分別為施加于C，D點(diǎn)的載荷，F(xiàn)C=FD=379.75 kN。

由靜力平衡方程

∑MB=0 ，

FC×17 750+FD×8 750-FA×25 500=0 ，

∑MA=0 ，

FB×25 500-FC×7 750-FD×16 750=0 ，

求得支反力FA=394.6 kN，F(xiàn)B=364.9 kN。

由圖3可知，D點(diǎn)所受彎矩最大，MD=FB×8.75=3 192.875 kN·m，主梁D點(diǎn)位置截面如圖4所示。

圖4 主梁D點(diǎn)位置截面示意

則抗彎截面系數(shù)

式中：b1為翼板寬；h1為主梁總高；b2為翼板寬與2倍腹板厚度差，b2=b1-2δ；h2為腹板高。

σmax=MD/W=97.64 N/mm2。

由計(jì)算結(jié)果可知：在定子吊裝施工過程中，載荷應(yīng)力較大的截面位于C，D兩點(diǎn)，其中D點(diǎn)位置截面的應(yīng)力最大，為97.64 N/mm2。主梁材料為Q235A，屈服強(qiáng)度σs=235 N/mm2[1]，許用應(yīng)力[σ]=σs/n=158.78 N/mm2(n為安全系數(shù)，取1.48)[2]。

合應(yīng)力σ1=σmax+σ0=153.64 N/mm2(σ0為自重應(yīng)力，取56 N/mm2)。

σ1<[σ]，理論計(jì)算可行。

4 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，安全系數(shù)n取1.48，考慮到特種設(shè)備使用的危險(xiǎn)性較大，實(shí)際設(shè)計(jì)中安全系數(shù)n一般取2～5，甚至更大。由此可以看出，此次吊裝設(shè)備安全系數(shù)的安全裕度不大，風(fēng)險(xiǎn)較高，故在主梁2個(gè)危險(xiǎn)截面共布置10個(gè)測(cè)點(diǎn)。應(yīng)力測(cè)試布點(diǎn)截面示意圖如圖5所示，應(yīng)力測(cè)試布點(diǎn)位置示意圖如圖6所示。應(yīng)變計(jì)柵絲方向平行于主梁軸線方向，與受力敏感方向一致，粘貼于腹板對(duì)應(yīng)的翼緣板處。

圖5 應(yīng)力測(cè)試布點(diǎn)截面示意

圖6 應(yīng)力測(cè)試布點(diǎn)位置示意

5 測(cè)試結(jié)果與分析

此次吊裝施工過程中吊裝設(shè)備的起升、行走速度很低，設(shè)備的振動(dòng)頻率不高，故采用靜態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行測(cè)試，采樣頻率為1 Hz。測(cè)試工況：吊裝設(shè)備在起吊點(diǎn)吊起定子至離地1 500 mm位置，然后同步運(yùn)行至前方40 m處的平板車位置，之后緩慢卸載至平板車上。吊裝設(shè)備加載前，打開測(cè)量?jī)x器預(yù)熱30 min，平衡各通道后進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。測(cè)試的關(guān)鍵點(diǎn)為設(shè)備完全吊起定子的時(shí)刻，此時(shí)載荷全部施加于主梁上，為最危險(xiǎn)工況，測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。由表1可以看出：

(1)各測(cè)點(diǎn)的載荷應(yīng)力小于許用應(yīng)力，判定結(jié)構(gòu)的承載力滿足要求；

(2)測(cè)試結(jié)果與計(jì)算結(jié)果一致，即1-1測(cè)試截面的應(yīng)力小于2-2測(cè)試截面的應(yīng)力，2-2測(cè)試截面為最危險(xiǎn)截面；

(3)實(shí)際吊裝過程中，結(jié)構(gòu)的最大載荷應(yīng)力點(diǎn)為2-2測(cè)試截面的測(cè)點(diǎn)8，應(yīng)力值為92.12 N/mm2，為拉應(yīng)力；

(4)吊裝設(shè)備的實(shí)際應(yīng)力均小于理論計(jì)算應(yīng)力，這是由于主梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的加強(qiáng)筋和隔板提高了主梁的強(qiáng)度；

(5)在理論分析中，同一截面內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值是一致的，而在實(shí)際的測(cè)試中卻有差異，產(chǎn)生這種差異的原因?yàn)椋簻y(cè)點(diǎn)布置時(shí)，實(shí)際位置和理論位置有偏差；吊裝過程中，4個(gè)起吊點(diǎn)的液壓頂升裝置起升速度有輕微不同步現(xiàn)象，使部分位置偏載。

表1 定子起吊應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù) N/mm2

6 結(jié)論

(1)在超載吊裝施工中，應(yīng)力測(cè)試是提供設(shè)備結(jié)構(gòu)安全信息的有效途徑。

(2)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)的最大載荷應(yīng)力小于許用應(yīng)力，因此吊裝設(shè)備的選用是合理、安全的。

(3)通過對(duì)比計(jì)算結(jié)果和測(cè)試數(shù)據(jù)，實(shí)際受力趨勢(shì)與計(jì)算結(jié)果相吻合。最大載荷應(yīng)力值出現(xiàn)的位置與計(jì)算一致，位于2-2測(cè)試截面上。

(4)超載吊裝施工在工程中時(shí)有發(fā)生，一般超載程度較小，但此次定子吊裝超載程度較大，定子質(zhì)量(310 t)超出原設(shè)備額定起吊質(zhì)量(2×80 t)約1倍。經(jīng)過分析、計(jì)算和合理的改造，采取應(yīng)力監(jiān)控手段，隨時(shí)掌握設(shè)備結(jié)構(gòu)安全信息，保證了超載吊裝施工的順利進(jìn)行，充分利用有限的設(shè)備資源解決了工程建設(shè)中遇到的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 700—2006 碳素結(jié)構(gòu)鋼[S].

[2]GB/T 3811—2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].