贯流机组转子装配整体运输包装技术研究及应用

钱 辉 郑庆新

（1．东方电气集团东方电机有限公司，四川 德阳 618000；2．西南交通大学，四川 成都 610031）

灯泡贯流式机组是当前广泛应用的大、中型水轮发电机组的一种机型，由于机组部件外形尺寸较大，再加上生产制造、运输条件的限制，现有的灯泡贯流式水轮发电机组不能在厂内进行装配调试，像定子、转子这样的大部件一般都是分部套发运到工地后再进行装配调试。由于很多因素，犍为电站的55MW 转子装配决定采用整体包装发运的方式，因此给产品的包装和运输防护带来了巨大挑战。

1 磁极、转子支架单独包装

大型磁极装配包装，以福建仙游抽水蓄能磁极包装为例，如图1、图2 所示。磁极长3385mm，宽1085mm，高495mm，质量为9233kg。每件磁极包一箱，包装底盘采用滑木结构，侧面和端面采用箱板、箱档制成的木箱。磁极纵向采用4 道柔性带进行捆扎加固，以减少惯性造成的产品位移。2 道柔性带捆扎在磁极中部，将磁极与包装箱底盘捆为一体，增加了磁极与包装箱底部的摩擦力，可减少运输过程中惯性冲击带来的位移。另外2 道柔性带捆扎在磁极两端上部，利用“T”形筋倒八字斜拉与包装箱底盘捆为一体。这样既增加了纵向拉紧力，又可以缓冲车辆溜放时产生的冲击力，因此能有效限制磁极在包装箱中的窜动，使产品纵向位移完全消除，确保包装箱的完好无损。犍为项目磁极长1821mm，宽330mm，高275mm，质量为940kg，数量为72 件。磁极包装可2 件装一箱，中间用层积板隔开，其他包装工艺程序与大型磁极包装类同[1]。转子支架长7850mm，宽7850mm，高1800mm，质量为84575kg，用中空板、布基胶带随形包装。

2 转子装配特点分析

大型贯流式机组的转子支架和磁极历年来都是单独包装发运的，由于很多因素，犍为项目的发电机组转子装配采用整体包装发运方式。

转子装配长8320mm，宽8320mm，高1904mm，质量为160170kg，包装完后长8650mm，宽8650mm，高2850mm，质量为165000kg。由于重要性以及产品本身较大的尺寸和质量给包装运输带来了极大困难，因此设计安全可靠的包装对运输过程至关重要。转子装配三维模型如图3 所示。

图3 转子装配三维模型

3 转子装配整体包装方案设计

根据转子装配的特点，该文着重考虑转子装配整体防护、包装工艺过程、起吊装车以及运输车辆选择等因素制定了整体包装设计方案。产品整体包装采用钢木结构，运输过程中遮盖专用防雨布。

3.1 内包装设计

内包装具有防潮、防锈功能，可减少或阻隔外界潮湿大气对产品的影响，保证产品性能的稳定。

内包装采用随形包装方式，利用多金属气相防锈膜随形包裹磁极圆周面，下摆部分与铺底多金属气相防锈膜热合连接，上摆部分随形包裹磁极上部引线，并用黏胶带固定在上环板。多金属气相防锈膜是基于高分子材料与VCI 气相防锈技术的新一代创新高科技产品。膜体内含有的VCI 会升华挥发出防锈气体因子，扩散渗透至被防锈物品表面并吸附其上，形成单分子厚的致密保护膜层，隔绝诱发锈蚀的各种因素与被防锈物品表面的接触，从而有效防止锈蚀的产生。

3.2 外包装设计

外包装具有如下作用：避免产品裸露在外，为组件提供一个较为封闭的空间；具有一定的防护功能，维持包装完整性，方便流通、存储和周转等环节的作业实施。外包装设计主要包括底盘设计、封箱设计和箱内固定设计。

3.2.1 底盘设计

底盘主要是用来承载产品的，需要考虑产品的结构、运输车板结构、工装、场地、成本以及工艺等很多方面的问题。根据产品结构及外形尺寸，底盘设计为八边形结构，由20 号工字钢、槽钢焊接制作，长8618mm，宽8618mm，高200mm，质量为3620kg。

3.2.2 封箱设计

转子装配包装三维模型如图4 所示。产品包装封箱主要使用层积方、层积板和竹纤板。包装箱底盘铺设竹纤板，立柱使用截面100×80 层积方，与底盘之间用螺栓连接。搭建包装箱外围八边形框架，在产品中心放置八边形角钢架。在角钢上用螺栓把合截面80×60 层积方形成内、外两侧的八边形结构。用截面80×40 的扁方在内、外八边形之间搭建伞状龙骨，用层积板、竹纤板封箱，以钢钉连接。

图4 转子装配包装三维模型

3.2.3 箱内固定设计

箱内固定主要是为了防止运输过程中产品与底盘发生相对位移，产品放置在底盘上后分别沿横向、纵向设置3 处挡焊。在垂直方向，考虑只能起吊产品本体，因此设计利用重型打包带、连接螺杆连接产品与底盘。

产品质量M=160170kg，运输过程中的跳动忽略不计，仅考虑产品与包装箱横向、纵向的相对滑动。木与钢板之间的摩擦系数取μ=0.4，则产品与底盘之间滑动时的摩擦力F=M×μ=640kN。

采用100mm×100mm 挡块，设置8 处挡焊，每条焊缝长×宽为100mm×10mm，纵向滑动时（向前或者向后）4 条焊缝承受抗压。焊缝面积S=0.1×0.01×4=0.004m2，焊缝承压σ=F/S=160MPa。焊缝强度可视为与母材型钢强度相当，即200MPa。焊缝强度大于焊缝承受的抗压，挡焊满足要求。

4 转子装配运输方案设计

4.1 路线勘察

产品运输路线为从德阳至乐山段，全程245km，道路条件完全满足要求。从乐山五通桥区至犍为电站段全程32.7km，道路为双向两车道，由于产品尺寸超限，需要断道通行。

4.2 装载机具

货物质量为165000kg，采用多轴多轮液压平板车运输，车辆每轴线（一线2 轴8 轮胎）的平均轴荷不超过18000kg 或者最大轴荷不超过20000kg。按照平均轴载荷不超过18000kg计算，则需要轴线数n=M/18000=8.89，至少需要9 轴以上的液压平板车。货物长8320mm，车板长度至少在10m 以上。液压平板车轴距1550mm，至少选用7 轴线。货物宽8320mm，考虑承载面和运输过程中的稳定性，选用3 纵列液压平板车，车宽5400mm。

综合以上因素，最终选用3 纵列8 轴线液压平板车作为装载运输机具。其由活络端梁、单元车和纵横向连接部件等组成。在结构上采用平板网络单箱形主梁的车架，7.50 R15 小轮胎液压悬挂三点支承。采用液压全轮牵引转向或控制转向，双管路全轮制动（根据《超限运输车辆行驶公路管理规定》（交通运输部令2016 年第62 号）规定）。主要技术参数见表1。

表1 液压平板车主要参数

4.3 加固方案

图5 转子装配装车加固模型

5 运输包装力值计算

转子在运输包装过程中会受到各种作用力，根据加固规则，各种力的大小计算如下。

5.1 纵向惯性力

纵向惯性力（kN）如公式（1）所示。

式中：t0为纵向惯性力值，表示转子每吨的纵向惯性力值，kN/t；Q为货物质量，t。

5.1.1 采用刚性加固时

采用刚性加固时的纵向惯性力值（kN/t）如公式（2）所示。

式中：Q总为运输车辆总质量（含产品质量）。

如果Q总大于130t，按130t 计算。

5.1.2 采用柔性加固时

麻姑、钟馗、八仙是道教中的人物，同时在中国艺术体系中，这类题材具有更鲜明的世俗色彩和更广泛的民众基础，尤其明清时期此类题材的绘画创作更是反映了广阔的市民社会生活情态。

采用柔性加固时的纵向惯性力值（kN/t）如公式（3）所示。

式中：Q总为车辆总质量（含产品质量）。

如果是车辆跨装运输，按运输总质量计算。当Q总大于150t 时，t0=5.88（kN/t）。

5.2 横向惯性力

横向惯性力（kN）如公式（4）所示。

式中：n0为横向惯性力值，表示转子每吨力值，kN/t；Q为转子质量，t。

横向惯性力值（kN/t）如公式（5）所示。

式中：a为转子重心偏离包装底座横中心线的距离，mm；l为运输车辆（包装底座）中心宽度，mm。

5.3 垂直惯性力

垂直惯性力（kN）如公式（6）所示。

式中：q垂为垂直惯性力值，表示转子每吨的力值，kN/t；Q为转子质量，t。

5.3.1 使用敞车和普通平车装载时

使用敞车和普通平车装载时的垂直惯性力值（kN/t）如公式（7）所示。

5.3.2 使用长大货物车装载时

使用长大货物车装载时的垂直惯性力值（kN/t）如公式（8）所示。

式中：a为产品转子重心离包装底座中心线的垂直距离，mm；l为负重车转向架中心距，mm。

5.4 风力

风力（kN）如公式（9）所示。

式中：q为计算风压的系数（与所受风面的形状有关。如果是平面，q取0.49kN/m2；如果是圆柱体侧面，q取0.245kN/m2）；F为侧向迎风面的投影面积，m2。

5.5 摩擦力

纵向摩擦力（kN）如公式（10）所示。

横向摩擦力（kN）如公式（11）所示。

式中：Q为货物质量，t；Q垂为货物的垂直惯性力，kN；μ为摩擦系数，木与钢板之间摩擦系数取μ=0.5。

计算得出纵向惯性力为1615.35kN，横向惯性力为465.3kN，垂直惯性力为747.45kN，纵向风力为13kN，横向风力为13kN，纵向摩擦力为808.5kN，横向摩擦力为434.76kN（根据《铁路货物装载加固规则》（铁运[2006]161号）规定）[2]。

所需纵向加固力F纵 加=T-F纵 摩+W纵 风=793.85kN，所需横向加固力

6 包装运输过程验证

根据上述包装方案的设计，操作人员进行了转子装配包装作业，转子装配整体包裹气相防锈膜并用黏胶带固定。吊至底盘上后进行内部挡焊，并用打包带将产品与底盘连接好，再吊至车板上进行封箱包装。包装工序包括1）将分瓣底盘连接好后放置在高度1m 的工装支墩上，支墩应支撑在底盘上对应的受力位置处。2）底盘上随形铺设层积板，再在层积板上铺设一层多金属气相防锈膜，产品与底盘接触位置放置40mm 厚层积板。3）将提前随形包裹好的转子装配吊装到底盘上，连接转子装配与底盘并做好限位，再将多金属气相防锈膜进行热合连接，使整个过程吊车不落钩。4）将转子装配和底盘一同吊至车板上，移走吊车，底盘分瓣面应与车辆前进方向垂直。5）在车板上进行包装箱的框架、伞状龙骨搭建，用层积板封箱，最后遮盖随形定制防雨布。

经过3 天的运输，2021 年1 月15 日9 点30 分左右，转子装配顺利运送到电站并交付业主。

7 结论

转子装配的整体包装运输设计还需要考虑很多因素，如具体的物流工况和内包装材料随时间、温湿度变化的具体性能参数的改变，需要更多的数据和测试做支撑。该文对转子装配的整体包装运输进行了系统设计，能够紧贴产品包装运输实际情况，从产品具体性能出发，在满足基本运输包装要求的同时，降低了成本，提高了效率，验证了大型贯流机转子装配整体包装发运的可行性，可为后续贯流机组转子装配包装发运实现方式提供一种新的选择，并为今后国内外同类型产品的包装运输提供借鉴。