水电站磁极吊装工具设计及应用

施仁毅，代轶帅，冯 盾，吕 强

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

水布垭电站位于湖北省巴东县境内，是清江流域梯级电站第一级，共4台机组，单台装机400 WM，总装机1 600 MW。单台机组磁极共有20对，其磁极长约3 400 mm，重约86 kN。要将磁极安全吊出并放倒进行检查处理，需要设计专用吊装工具。本文就水布垭电站磁极吊装工具设计及应用进行分析。

1 现有磁极吊装方案介绍

自2016年以来，水布垭电站C级及以上检修中，都需要把磁极吊出检查处理(如图1)。水布垭电站至投产以来，机组磁极吊装方案是：在主钩上挂两根8 t 10 m吊带，吊带自下而上锁紧磁极，再用尼龙绳自上而下打腰绳。原方案在实施过程中，由于主钩起吊点(铅垂线)难以做到与磁极重心重合，起吊过程中磁极容易发生倾斜，如果倾斜角度较大，会出现磁极从侧边滑出的风险；在整个捆绑中也费时费力；在磁极吊起后放倒，磁极上部也容易从吊带中滑出，造成磁极摔地，严重损伤磁极。

图1 原磁极吊装

在吊装磁极整个过程中主要存在以下几点困难[1]：

1)磁极本身无吊点。因磁极由线圈及框架组成，其精密度及导电性能要求极高，故无法在磁极框架上焊接吊点。

2)磁极放倒和竖起过程风险较大。由于磁极质量和体积较大，用吊带吊起放倒时，吊带极易侧滑，使磁极滑落而造成事故。

3)磁极棱角锋利，容易割伤吊带。为迫切解决吊装过程的难题，消除较大的安全隐患，需要设计磁极吊装专用工具。

2 磁极吊装工具的设计

2.1 结构设计

磁极吊装工具设计必须满足以下几点要求[2]：

1)其承重量要大于120 kN，磁极自身重约86 kN，吊出时T型榫头与磁轭间有最大约3 t的摩擦力。

2)磁极间最小间隙约8 cm，考虑到起吊平稳问题，需要留有部分间隙[3]，故设计的工具侧边厚度不能超过5 cm。

3)框体上应有承重吊耳，放倒时能承受侧拉力。

4)框体能安全放入磁极间指定位置，因磁极间隙小，需要将框体分成两部分，主体框架从上面吊入，底板从下端旋入。

2.2 参数确定

根据结构设计的要求以及现场测量的部分数据，我们画出了相应的设计图(如图2)[4]及设计参数图(如图3)。

图2 磁极吊装工具设计

图3 磁极吊装工具设计参数

其框体、底座及吊耳采用Q235钢，因吊装承重主要在螺杆上，螺杆采用材质为Q235钢或中碳钢的梯形螺纹Tr36x6，设计的具体参数如表1所示。

表1 磁极吊装工具设计参数

2.3 参数说明及校核

1)考虑到起吊过程中的摩擦力，校核取总重量G=120 kN，Q235钢的许用应力为160 MPa，屈服应力为240 MPa。框体厚度为20 mm，框体与螺杆间满焊连接，其承重的易发生断裂处集中在螺杆处，故不单独对框体进行校核。考虑到吊带的选型、使用方便性及成本，此处也简单对吊带进行验算校核。

2)螺杆的校核。单根螺杆的拉伸应力：

σ=G/S=120 kN/817 mm2=146.9 MPa<σs

式中：S为单根螺杆的截面有效面积。

单根螺杆的切应力τ：由于起吊过程中螺杆几乎不受水平作用力，故无需对剪切力进行校核。

由上面螺杆校核可知，所选螺杆尺寸及强度满足设计要求。

3)吊带的校核。吊带用卡环与吊耳相连并直接挂在桥机主钩上，10 m吊带对折长为5 m，两吊耳间距为300 mm，起吊时吊带与竖直方向夹角约为18°，考虑到吊带绕过主钩，校核时取20°，单根吊带最大承受拉力。

F=G/2/cos20°=6.39 t

故选用两根8 T吊带满足设计要求。

2.4 结论

经校核计算，当采用设计的磁极专用吊具及两根8 T吊带吊装水布垭磁极时，各项参数均在许用的安全参数范围内，故其专用工具是安全可靠的，能满足实际使用需求。

3 磁极吊装

磁极吊装[5]步骤分为三步：1)吊装前准备。吊装前进行安全交底，专人检查专用工具有无损伤、螺杆有无锈蚀、螺帽是否能正常旋入和退出、吊带有无损伤、人员是否就位。

2)正式起吊。首先将专用工具用主钩从发电机层磁极间隙中放入，两侧主板卡住磁极(如图4)，通过专用工具夹紧磁极，上下垫入枕木，再从上风洞层装入底板，并用管钳拧紧，随后起吊。

图4 工具装入图

3)放倒。磁极吊起后，用双钩放倒(如图5)，为防止磁极在放倒过程中侧滑，在起吊过程中，增加了四条间距相等的捆带，固定磁极与框架。

图5 磁极放倒图

4 安全性和便利性

1)消除了磁极吊装操作过程中的系列安全风险，磁极吊装过程中不会发生前后重心偏移，在放倒和竖起时安全可靠。

2)提高了功效，吊出一块磁极的时间由原来3 h缩短为1.5 h，人员由原来的10人缩减到现在5人，大大提高了效率。

3)专用工具分成两部分便于搬运、安装和拆卸，并且推广到隔河岩磁极吊装工具优化工作中。

使用专用工具对磁极进行吊装，起吊平稳性和安全性良好。整个操作过程，减少了人员，降低了劳动强度，缩短了时间，提高了整体效益。

5 现场效果验证

设计的专用工具，自2018年以来，已经在水布垭电厂机组的历次检修中得到了应用，并在水布垭电厂2019年机组扩修中进行了20对磁极持续吊装的检验。事实证明，该工具安全可靠，能满足水布垭机组检修磁极吊装需求，同时也大大降低了磁极吊装过程的安全风险，提高了工作效率。

6 结 语

对于水电站的B级以下检修级别，一般不用吊出磁极检查处理，但水布垭电厂机组自2018年以来，机组运行不太稳定，每次C级及以上的检修级别都需要吊出磁极，特别对于近年来机组的扩修，对磁极吊装的工期进一步缩短，这就对磁极吊装工艺提出了更高的要求。在此背景下，设计的专用磁极吊装工具，解决了因磁极间间隙小而无法装入常规吊装工具、放倒过程磁极可能滑出的隐患等问题，不仅仅提高了工作效率，同时也大大提高了安全性。该工具也为其他水电站磁极吊装工艺提供参考。