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國電泰州電廠是目前國內(nèi)在建的裝機(jī)容量最大的火力發(fā)電廠，發(fā)電機(jī)采用哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司和日本東芝聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的水氫氫冷、靜態(tài)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)定子外形尺寸約11 m×4.9 m×4.455 m，定子總質(zhì)量為450 t，吊鉤及鋼絲繩質(zhì)量為10 t。由于同一臺(tái)行車的同步能力較強(qiáng)，2臺(tái)行車為2人進(jìn)行操作，同步性差，起吊要求高。因此，考慮使用2個(gè)大橫梁，中間使用小橫梁，以減少由于2臺(tái)起重機(jī)動(dòng)作的不協(xié)調(diào)造成橫梁組件的內(nèi)力增加，影響定子吊裝的安全性。發(fā)電機(jī)定子吊裝采用2臺(tái)加固后起重機(jī)雙小車(每臺(tái)起重機(jī)上增加1臺(tái)額定起重量130 t臨時(shí)小車)抬吊就位，4只大鉤下掛自制的3根起吊橫梁(大橫梁9 m，小橫梁為5 m)，用掛在大橫梁上的1只600 t吊鉤進(jìn)行定子的轉(zhuǎn)向和吊裝。為確保定子吊裝的安全性，對(duì)自制吊裝用橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析和安全穩(wěn)定性校驗(yàn)十分重要。
原設(shè)計(jì)吊裝結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由3根自制的橫梁通過雙向活動(dòng)球形支座連接。利用大型有限元結(jié)構(gòu)通用分析軟件ANSYS，建立有限元靜力學(xué)計(jì)算模型。有限元建模時(shí)采用國際單位制，由于研究對(duì)象為鋼板通過焊接連接方式形成的鋼箱梁結(jié)構(gòu)，自重大，且鋼板的厚度為30 mm和50 mm的Q345鋼材，屬于中厚板，因而在建模時(shí)采用塊單元作為分析單元。主要的單元形式為SOLID45線性單元，對(duì)連接大小橫梁的球形支座，采用COMBIN40單元來模擬。由于焊接連接部位的尺寸和結(jié)構(gòu)跨度相比較小，在結(jié)構(gòu)有限元分析單元網(wǎng)格劃分時(shí)采用混合網(wǎng)格劃分，即在幾何模型上，根據(jù)各部位的特點(diǎn)，分別采用自由、映射、掃略的網(wǎng)格劃分形式，以提高計(jì)算精度和減少計(jì)算時(shí)間。
由于拉板直接承受吊裝定子及吊鉤的載荷，在有限元分析中，為更好地模擬拉板受力情況，在拉板的底面連接一塊剛度很大的底板，將力均勻地傳至拉板。根據(jù)不同的工況，將力加在底板上。
有限元分析時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的自重，結(jié)構(gòu)加載及約束后的有限元計(jì)算模型及球形支座剖面見圖。
為更好地模擬實(shí)際吊裝情況，本研究假設(shè)以下2種極限工況。
(1)載荷作用在結(jié)構(gòu)的中心，無偏心。載荷大小為5.31×106N。
(2)考慮可能存在的受載偏心，最不利的偏心可能位置是拉板內(nèi)角邊，載荷大小不變。從不同工況下結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度有限元分析結(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu)單元節(jié)點(diǎn)的VON MISES應(yīng)力范圍主要在底板處超出材料的許用應(yīng)力，對(duì)結(jié)構(gòu)影響較小。結(jié)構(gòu)的最不利截面滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求。但結(jié)構(gòu)在球形支座處產(chǎn)生較大的位移變形。
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