AP1000核电发电机定子吊装方案选取及优化

樊向松，张衍

上海核工院研究设计院，上海，200233

0 引言

山东海阳核电厂一期工程设两台AP1000百万千瓦核电机组，#1常规岛发电机定子由日本三菱电机公司供货，#2常规岛发电机定子由哈尔滨电机厂供货。该核电厂主厂房采用钢筋混凝土结构，厂房内依次布置一台240t行车和一台130t行车。发电机定子位于16m层汽机运行平台T.7-T.9/T.B-T.D轴之间。发电机定子运输重量462t，净重451t，定子外形尺寸为11.8m×5.62m×5.46m，重心与中心偏差240mm。因AP1000核电常规岛厂房布置特殊，不能按照常规火电厂的经验采用2台行车并车抬吊定子。在定子吊装方案的选取过程中，项目参建各方积极展开探讨和研究，逐步形成了两种成熟的方案，同时进行了成功的实施，取得了良好的社会效益和经济效益[1]。

1 AP1000核电发电机定子吊装方案选取

1.1 不采用双机并车抬吊定子的原因

在常规火电建设过程中，汽机厂房行车的设计往往仅满足检修使用，因此通常在厂房内布置偶数机组，行车大量提前加固满足吊装定子的要求，然后采用双机配合液压提升装置抬吊定子，这是目前非常通用的一种方法。该方法采用主厂房两台行车受力，在2台行车上再组合分配梁，在分配梁上组合安装4台液压提升装置，从检修吊物孔吊装定子，完成垂直提升、平移、转向、继续平移、就位等动作后完成吊装工作，既省时又省心[2]。

但核电在核安全方面的特殊性决定了常规岛与火电机组主厂房在结构布置上存在重大的差异，因为机组容量大，通常一个核岛拖带1台机组，共设计12跨。内部最大的区别在于，虽然每台机组厂房布置2台行车，但核岛和常规岛串联布置，检修用吊物孔，位于远离核岛侧，限制了两台行车并车时的站位；而常规火电机组锅炉房和汽轮机房平行布置，两台机组依次布置在同一厂房内，吊物孔位于两台机组中间，行车为两台机组所共用。这也决定了每台核电机组的吊物孔在正常情况下不能满足两个行车并车抬吊定子时的中心距要求。如强行采用双机并车方案抬吊定子，需在主厂房设计时加大检修吊物孔或在主厂房施工时缓做吊物孔附近的电气间等主要构筑物，此将大大增加基建投资、影响结构设计安全或影响其他关键路径上的施工进度，不现实，从经济和使用性上业主均不会同意。所以，在AP1000核电定子吊装时，不能采用常规的双机并车配合液压提升装置抬吊的方案[3]。

1.2 可行性方案一

1.2.1 方案一的主要思路

采用自制吊装专用设备（相当于临时行车，含两根箱型梁及驱动平移机构）和4台（GYT-2000）液压提升装置配合吊装发电机定子。自制的两个箱型梁类似于2根行车大梁（强度满足要求），驱动平移机构采用8轮驱动，行走轮的轮压满足要求，承载发电机定子重量的大钩可自由转动。具体详见图1：

采用方案一时，主厂房吊物孔区域上方的屋顶T.11~T.12轴/T.B~T.D轴线间屋面板、檩条缓装，该区域部分水平支撑（6根）在吊装时临时拆除；7.5m层T.11~T.12/T.C轴横梁及T.11~T.12/T.C~T.D楼面缓装、16m层T.11-T.12/T.C~T.D平台缓装。通过上述区域的缓装，可以预留出定子吊装时所需的放置和起吊定子的空间，并确保定子中心和基础纵向中心线重合。定子吊装工况下的主厂房结构经设计院校核，满足厂房结构设计要求[4]。

1.2.2 方案实施前的准备工作

方案实施前的核心工作在于在完整的厂房内进行的临时行车箱型梁的吊装、组合安装、液压提升装置的组合安装与试运行、吊装模拟试验。

（1）临时行车箱型梁的吊装和组合安装：吊装临时行车箱型梁采用3台吊车联合抬吊。在正式吊装定子前，利用厂房外大型吊车（400t履带吊）先后和地面的90t汽车、16m平台的130t汽车吊配合，将箱型梁（含平移机构、端梁等）吊装安放到32m层的主厂房行车轨道上，并按照厂家图纸组合安装好。

（2）液压提升装置的组合安装与试运行：在地面预先将液压缸支撑、液压缸及96根长22m的专用钢绞线组合成整体的液压提升装置，利用16m平台上的130t汽车吊将这4个液压提升装置分别吊装至箱型梁指定位置并对称布置。连接好液压提升装置的油管路及电气线路，对其进行调试。调试完成后在液压提升装置下锚头安装好抬吊分配梁（即平衡梁，2根）和抬吊梁（1根）及吊杆组（1个）、支撑框架（1个）等。按要求启动泵站15分钟，正常后慢慢提升和下降4只液压提升装置液压缸的一个行程（即200mm），拧紧下锚头压板螺丝，停留15分钟，观察液压提升装置、吊装滑道等整套系统各受力点是否正常；反复三次无异常后，即可带负荷提升[5]。

（3）吊装模拟试验：为确保定子吊装安全，在吊装定子前，按照发电机定子的实际重量准备配重块，按照正式吊装的行进路线进行定子吊装模拟试验，全面检验整套定子提升装置各机构、制动器的性能。在模拟吊装期间，检查箱型梁下挠度满足要求；如发现异常，检查分析原因及时处理，达到要求。

1.2.3 方案的实施

（1）用运输车辆将定子放置在主厂房吊物孔指定位置，确保发电机定子横向中心应与发电机基础的纵向安装中心一致，布置好吊装的绳具。

（2）操纵液压提升装置，按照规定起吊提升定子，当偏差较大时，根据具体情况在单缸调平发电机定子后，再同步提升。整个提升过程中，安排专人监测箱型梁下挠度，确保安全。

（3）当定子底部超出16m平台并高出地脚螺栓顶部约300mm后，停止垂直提升。缓慢开动箱型梁大车驱动装置，先将发电机定子从吊物孔移向基础，待定子全部进入16m运转平台后停止平移操作。将发电机定子转动方向，确认发电机定子纵向中心与发电机基础的纵向安装中心一致后继续驱动大车进行平移操作，直至发电机定子就位点，停止平移操作，同步操作4只200t液压提升装置，缓缓落下发电机定子，下落至地脚螺栓顶部50mm暂停操作。在确认定子螺栓孔与地脚螺栓的位置无误后，继续定子下落操作，直至定子与发电机台板完全接触，完成发电机定子就位工作。

1.3 可行性方案二

1.3.1 方案二的主要思路

在常规岛厂房外的发电机定子安装时横向中心位置布置固定（提升）架，先通过安装有液压提升装置的滑动（行走）架进行垂直提升，在定子提升至16m后，滑动架再通过铺设的滑道（轨道梁）将发电机定子拖运到发电机定子基础上，在基础上事先放置转盘，定子落到转盘上后，转动方向，在定子纵向中心和基础纵向中心一致后，重新布置滑道，将定子落在滑道上，重新拖运达到发电机定子横向中心和基础横向中心一致，检查定子底部支撑板结合面和台板结合面，正常后就位，完成发电机定子吊装。具体如图2。

采用该方案时，主厂房23m层TA/T7-T8间纵梁缓做，因为横向中心和定子就位时厂房中心有偏差，需要二次拖运。采用该方案，核心工作在于固定架、滑动架及滑道的安装，为确保定子吊装安全，同样需要进行吊装模拟实验。

1.3.2 方案实施前的准备工作

（1）基础的准备：在土建施工阶段要进行固定架基础的施工，布置好固定支撑架的地脚螺栓的位置，并完成基础的浇筑。基础承载力经设计院核算，满足定子吊装需求。

（2）固定架、滑动架、转盘的安装：在厂房外，利用吊车先将固定架六根立柱（上、中、下三段主梁）及桁架进行组合连接。固定架主体结构安装完成后进行滑动架安装。滑动架组装使用主厂房行车，采用地面组装，同时将平衡梁及车轮组安装到滑动架上，最后滑动架整体吊装至滑道上。使用主厂房行车将转盘吊装至基础台板上，并在转盘上放置两块路基钢板，确保定子落至转盘时均匀受力[6]。

（3）整套液压提升装置的安装与调试：连接好液压提升装置的油管路及电气线路，将液压提升装置安装到滑动架上，做好调试准备工作。滑动架在滑道上全行程空载行走检查，同时进行定子提升和牵引模拟试验。

1.3.3 方案的实施

（1）定子运抵现场停车至指定位置后，确保定子纵向中心线与提升装置中心线一致。

（2）将定子提升吊离运输车50mm后停止提升，调整定子平衡后全面检查。检查无异常后，操纵液压提升装置，继续起吊定子。

（3）当定子提升至底部超过提升装置滑道梁横梁顶面约250mm时停止提升，用卷扬机配合滑轮组牵引，使定子重心与发电机基础纵向中心线重合，将定子落至特制的转盘上。利用卷扬机将定子顺时针缓慢旋转90°，使定子纵向中心线与基础中心线重合。

（4）定子转向，在根据发电机纵向中心线重新安装滑道梁及两侧端梁后，拆除底部转盘，采用20t手拉葫芦牵引定子至横向中心线与发电机基础横向中心线重合位置，缓缓地将定子落到台板上，定子吊装就位完成。

2 方案分析对比及优化建议

2.1 方案分析对比

2.1.1 缓装区域的影响

单就缓做区域的工作量而言，两个方案相比相差不大。但采用方案一时，在临时箱型行车梁吊装、组合安装到拆除完成期间，常规岛主厂房内行车不能全方位工作，不能再从吊物孔吊装设备和材料；所有进入吊物孔的吊装作业，均需要在厂房内布置1台汽车吊进行必要的倒运。而采用方案二时，缓做区域内布置有主变、电缆主桥架，高厂变基础等均需在定子吊装后才能施工，将影响倒送电施工节点的实现，倒送电节点将因此直接推迟近三个月，同时因为支撑架高度高、吊重重，架子和运输车辆宽度的间距余量很小，仅50mm，定子运输车辆运输定子最终到位很困难。

2.1.2 吊装所需时间

采用方案一，吊装前现场各项准备工作需要20天左右；发电机定子抵达后，仅需4个小时即可完成定子吊装就位工作；拆除恢复需要6~7天。采用方案二，在土建阶段即需预先施工固定架基础和固定支架地脚螺栓安装，吊装前现场各项准备工作需要15天，但立柱支架在地面组合；发电机定子抵达后，需要2天才能完成定子吊装就位工作；拆除恢复需要4~5天。

2.1.3 安全风险分析

采用方案一，风险集中在箱型梁厂房内的吊装组合、屋架檩条的反复拆装与恢复过程的高空作业；采用方案二，风险集中在固定架和移动架的吊装组合过程以及长距离滑动托运过程，同时需要关注定子运输车辆安全到位；方案一、二的结构件均需要经过正规设计单位的严格核算。

2.1.4 吊装费用分析

采用方案一，自制吊装专用设备采购的一次性投入相对较大，但在后续AP1000核电机组常规岛主厂房结构（主要是主厂房跨距和行车轮距）不发生明显变化的情况下，该专用箱型梁结构可重复利用，施工成本明显降低。采用方案二，费用主要集中在固定架基础的施工、固定架与移动架的制作上，但固定架基础在完成定子吊装后不能循环利用。

2.1.5 综合比较

从进度、安全、成本等方面综合对比两个方案，方案一在保障项目整体进度、提高设备循环利用率等方面，相对方案二更具有优势。尤其在项目总体工期有限制的情况下，应优先采用方案一。但在实施方案一时，对在主厂房有限空间内完成箱型梁的吊装、组合和高空调试等均应周全考虑。

2.2 优化建议

（1）两种方案均应尽量协调厂家提前将出线盒供至现场，利用主厂房行车吊装并寄存。

（2）采用方案二时，为了不影响汽轮机安装进展，建议合理安排该阶段汽轮机安装所需的各种专用工具、材料和设备，并提前进行预存。

（3）在有条件的情况下，业主在进行设备采购时考虑根据受力点及弯矩、行车轨道梁可承受的最大轮压等情况下加固或改造主厂房原行车的大梁和驱动机构，采用方案一的思路直接采购500t行车实施或采用加固主行车梁到500t，然后用2台起重小车进行定子的吊装，可大大减少吊装时间，并降低吊装风险。为了避免定子吊装期间对汽轮机安装进度的影响，提高行车使用效率，业主在基建阶段增加土建成本，考虑2台行车采用高低布置，增加常规岛厂房高度，增加一套行车轨道。如果将辅助设备设计布置在地下，则不增加常规岛厂房高度，仅增加一套行车轨道，此方案在多个核电项目采用。

3 结语

随着技术的发展，核电机组单级容量更大，体积和重量也更大，发电机定子吊装的安全将更困难。通过对上述两个定子吊装方案的详细介绍，并在此基础上从进度、安全、成本等方面对这两个方案进行统筹分析、比较，方案一在保障项目整体进度、提高设备循环利用率等方面具有明显优势。在AP1000核电后续机组的常规岛发电机定子吊装施工中，可以在参考上文中提供的优化建议的基础上趋利避害、进一步优化施工组织，对方案一进行推广。有条件的AP1000核电项目，还可根据方案一的主要思路，采用原行车大梁加固的方法进一步优化该方案，以创造更好的社会效益和经济效益。