锅炉钢结构大型BH叠梁吊装装置的设计.pdf

锅炉钢结构大型B H 叠梁吊装装置的设计 嵇雪飞 徐丹 中建钢构江苏有限公司 靖江 2 1 4 5 3 2 摘要 钢结构制造是电厂建设中相 当重要的一环 ，超大型B H梁又是钢结构制造中的重点与难点。结合新昌电厂 1 0 0 0MW机组锅炉钢结构的制造 ，介绍锅炉钢结构中大型B H 叠梁的组装、翻边、试装、吊运等吊装装置设计。 关键词 电厂 锅炉钢结构 B H 叠梁 吊装装置 设计 中图分类号 T U 7 5 8 文献标识码 B 文章编号1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 4 1 0 1 1 4 9 0 3 De s i g n o f Hois t i n g De v ic e f o r L ar g e BH St o p L o g s i n Bo i le r S t e e l S t r u c t u r e Ji xu ef ei Xu Dan C h i n a C o n s t r u c t i o n S t e e l S t r u c t u r e J ia n g s u C o ． ， L t d ． J i n g j ia n g 2 1 4 5 3 2 1 工程概 况 江西新 昌电厂是江西省首个 以 “ 上 大压小” 方式建 设的电力项 目，位于南 昌市北郊的新建县樵舍镇 ，毗邻赣 江，紧靠京九铁路。 一 期工程建设2台1 0 0 0 Mw超超临界燃煤发 电机组 ， 总投资约5 2亿元人民币。该项 目的建设对于完善南昌城市 基础设施建设 ，打造南 昌现代制造业重要基地 ，具有重要 的电源支撑作用。 该电厂共有B H叠梁4根，单片梁翼板最厚为1 2 0 mm， 构件最长约为4 3 m，最高为8 ． 6 m，宽约为1 ． 6 m，叠梁最 大质量约为3 0 0 t 。 图1 新昌电厂效 果图 2 B H叠梁 吊装装置设计思路n 为保证叠合式B H 梁安装质量 ，在工厂制造过程中，要 求B H 梁进行整体试装。而 目前拥有单台行车或门吊起吊能 力达1 6 0 0 k N 的厂家不多，大多数采用抬 吊；且市场上还 没有起 吊能力达8 0 0 k N 的水平吊钩 ，多数厂家采取焊接临 时吊耳 ，对B H 梁母材伤害严重且工作量较大。为保证其安 全吊装必须设计一套合理 的吊装装置。 a 一 作者简介嵇雪飞 1 9 8 5 一，男，本科，助理工程师。 通讯地址江苏省靖江市江阴一 靖江工业园区联心路二圩 2 1 4 5 3 2 。 收稿 日期2 01 4 0 6 7 4 思路如下 采用3台6 0 0 k N以上的门 吊利用专用 的 1 0 0 0 k N 扁担 进行B H 梁 大板梁 的抬 吊，设计专用的 5 0 0 k N吊钩与专用1 0 0 0 k N 拉板进行B H 梁的安全锁扣，以避 免在工件上多处焊接临时 吊耳板 ，省去粗 大的钢丝绳捆绑 工作。在扁担中部设计一套转向吊耳 以防扁担两端 吊车升 降不同步对 吊耳产生较大 的扭矩 ，专用 吊钩与扁担采用专 拉板连接 ，拉板与扁担侧利用1 0 0 0 k N 的销轴连接 ，与 吊钩 端利用5 0 0 k N 销轴连接。所用钢板全部进行u T 检测 ，要求 I II 级合格 所有销轴均采用4 5 钢加工并经热处理 所有吊 孔均需镗孔加工 ，以避免与销轴配合工作 时局部接触应力 较大，避免孔壁微裂纹 图2 。 专 专用 l 0 0 0 k N 销轴 专用5 0 O ⋯ 嬲 盛 A 图2 吊装装置及对应用途示意 3实施方 删 3 ． 1 扁 担设计制造 2 0 1 4 ． 1 0 B ll i l d i n g C o n s t n l c t i o n l 1 1 4 9 为避免由于扁担两端 吊车升降不同步 ，造成耳板产生 较大的侧 向弯矩作用。设计一根如图3 所示的箱形结构扁 担，在扁担中间设计一套转 向吊耳 ，采用 1 2 O mm销轴进 行连接。因而即使扁担两端存一定高差时 ，吊物重力也不 会对耳板产生弯矩作用。为避免转 向耳板在销轴上发生横 向移动而产生偏心受力状况 ，在转向耳板两侧各加设 1件 套筒。 A _ 图3 扁担示意 3 ． 2 扁担制造技术要求 a所用钢板必须经过U T 检测合格，材质为Q3 4 5 B 。 下翼板与腹板均采用整料下料，中间不允许拼接。 b箱形梁腹板与翼板组合焊接采用坡 口焊 ，钝边 1 0 mm，角度5 0 。 。组合前先用砂轮机将组合区域打磨 ，要 求露出金属光泽。 c 扁担两端 的吊耳下料时预 留5 mm机加工余量 ， 待加强圈焊后整体镗孔加工。再插入扁担两端腹板中间。 要求吊耳先与扁担腹板采用坡 口焊 ，焊后再盖上翼板。 d为保证扁担 受力均 匀、 吊耳销轴 受力状 况 良 好 ，要求扁担校正合格后对销轴孔进行整体镗孔加工 ，以 保证两侧销孔同心度误差小于0 ．5 mm。 e扁担几何尺寸偏差要求 两端扭曲小于3 mm， 侧弯小于5 mm，腹板相对翼板的垂直度小于2 mm，吊耳 位置偏差小于2 mm。 f转 向耳板装配完后，再将扁担下翼缘装配孔部 位进行补强。 3 ． 3 吊钩拉板设计制造 为避免由于单吊点板钩力臂较长对约束点产生较大的 力矩 ，此次设计 为双吊点板钩 ，以缩小力臂 ，减小约束点 的力矩 ，从而提高板钩的安全性能。为解决双 吊点板钩采 用钢丝绳不便于翻边作业 ，且钢丝捆绑麻烦的难题 ，在双 吊点板钩之间设计一套拉板。拉板与吊钩采用0 9 0 mm的 销轴进行连接，而与扁担间采用 1 2 O mm的销轴进行连接 1 1 5 01 建 筑 施 工第 3 6 卷 I 1 0 M 图4。 图4 吊钩及拉板示意 4 方案设计计算 4 ． 1设计条件 扁担按1 0 0 0 k N 承重 ，用2台6 0 0 k N门吊抬吊。扁担、 拉板、吊耳均采用Q 3 4 5 B 钢板 ，销轴采用4 5 圆钢。 4 ． 2扁担设计计算 由于扁担在起 吊过程 中，产生最 大的弯矩在 中间转 向吊耳处，而此处下翼缘挖了一个2 2 0 mm X 4 0 0 mm的吊 孔。故按最不利工况、最危险截面来进行强度分析。截面 如 图5 所示 。 图5 最危 险截面 4 ． 2 ． 1 截面参数计算 各矩形相对于 下翼缘边 的面 积矩之和 为2 1 7 7 ． 5万 mm ，截面面积之和为4 9 5 0 0 mm ，截面截面中心轴高为 4 4 0m m，截面极惯性矩为4 2 4 4 0 1 2 5 0 0mm ，截面抗弯矩 为96 4 54 8 3 mm。 。 4 ． 2 ． 2 扁担 内力计算 考 虑到竖向载荷取起升动载 系数K 1 ． 1 ，起升冲击 系数 1 ． O 5 ，运行冲击系 1 ． 0 ，则此扁担 1 0 0 0 X 1 ． 1 1 ．5 X 1 ． 0 5 1 2 1 0 k N 校核。 由 工 作 原 理 图 可 知 ， 扁 担 相 当 于 一 简 支 梁 受 力 ，由受 力平 衡可 知 ，两 端受 力6 0 5 k N。最大 弯矩 为 1 7 7 8 7 0 0 N m 。 4 ． 2 ． 3 扁担强度校核 a最 大 正 应 力 。 由弯 矩 产 生 的 最 大 正 应 力 M Wl 7 7 8 7 0 00 0 096 4 54 8 3 1 8 4 ． 4MP a b 最 大剪应 力。按腹板进 行抗 剪 ，翼板忽 略不 计，则平均剪应力1 9 ． 8 MP a ，最大剪应力按平均剪应力的 1 ．5 倍计算 ，则最大剪应力为2 9 ． 7 MP a 。 ㈣ ㈣ 一 胁 一 ＼ ＼ 一 一 ． 4 ． 3 吊耳设计计算 在扁 担两 端设计 吊耳 ，两 吊耳按 1 0 0 t 起 重质量 与 吊具本 身质 量设计 ，考虑动 荷系数 ，则各 吊耳板 受力为 6 2 3 k N。其吊耳孔按6 5 0 k Nf ]吊卡环设计成≯ 1 2 5 mm，配 1 2 0 mm销轴。 a销轴孔壁承压应力 1 2 7 MP a 【 。 b 销轴孔处危险截面应力计算 5 5 ． 5 MP a 。 4 ． 4 拉板设计计算 拉板采用厚4 O mm钢板2块组成整体 ，起重过程中形 成简支梁结构 ，如图所示。强度校验时，只需校验上孑 L 处 拉应 力、剪应力及危险截面的正应力。拉板示意图如图6 所 不 图6 拉板超重过程示意 a 上吊孔销轴孔壁承压应力G I 2 3 MP a ] 。 b上吊孔销轴孔处危险截面应力计算 0 6 8 MP a c 口 j 。 C危险截面应力计算。如图7 所示 ，拉板3点均采 用铰约束 ，相当简支梁结构。根据弯矩线性关系，可A A 面 处正应力最大。核算正应力时，可假设A A 处未倒圆 ，则截 面高度可按3 6 4 mm，力臂按2 0 9 mm计算。核算 A A 面处 最大正应力。 图7 拉板计算示意 A A截 面抗 弯模 量 I 3 2 1 5 23 6 2 6 ． 7 mm ， 1 76 6 66 1 3 m m 。 A A 截面弯矩 M 2 4 3 7 7 0 1 0 0 N mm。 A _ A 截面最大正应力 口 1 3 8 MP a 。 A A 截面剪应力为， 2 O ．4MP a 。 4 ． 5 吊钩设计计算 吊钩采用厚6 O mm钢板数控切割而成 ，要求受力角度 均倒圆 ，以避免应力集中。为保证 吊车梁根部受力，其工 作面向下倾斜5 mm。因为2只吊耳同时起 吊1 0 0 0 k N的重 物 ，故每只吊钩在竖直方向所受力为5 0 0 k N 。 4 ． 5 ． 1 约 束点确定 因为B H梁的翼缘宽度为1 6 0 0 mm，左右两吊钩内腔 宽度为1 6 2 0 mm，考虑最不利因工况，即大板翼缘一侧项 紧，另一侧与吊钩内腔壁2 0 mm间隙。故对单个吊钩受力 分析时，其约束点考虑 吊钩内壁2 0 mm处。 4 ． 5 ． 2 受力分析 根据图8 所示 ， 吊钩平衡 ，则 可知T 了 - 5 0 0 k N， P 1 P 2 ，吊钩关于约束点 A平衡 ，I II P 1 X 3 3 0 ／ - i 2 8 0 ， 故 ，P 1 P 2 4 2 4 k N，合力N 1 ～ 2 6 5 6 k N 。 4 ． 5 ． 3 危险截 面应 力计算 根 据应 力仿真 可知 如 图9 所 示 ，1 1 截 面 为危险 截 面。此截 面抗弯模 量为 W9 3 6 3 6 0 mm。 ，此截面 弯 矩 为M1 5 6 8 6 2 7 2 0 N mm，此截 面最大正应 力为 ， 1 6 7 ． 5 MP a ，此截面拉应力为o -2 3 5 MP a ，拉力与弯矩联合 作用下的正应力为o - c z l 0 2 2 0 2 ． 5 MP a 。 图8 受力分析 图9 危险截面 5 结语 本吊装装置设计传力清晰、经济合理 、安全可靠，且 在实践应用中得到了很好 的见证 ，成功解决了大型B H叠梁 的翻边、转运、试装、吊装等吊运工作 ，切实提高 了相 关 工序 的作业效率 ，为更好 、更快地完成大型B H 叠梁 的制造 赢得了时间，同时也保证 了叠梁 的制作质量 ，为以后加工 更大更复杂的大型B H 梁打下了坚实的基础。 0 0 0 0 曾乐． 现代焊接技术手册[ M] ． 上海 上海科学技术出版社， 1 9 9 5 ． 方洪渊． 焊接结构学[ M] ． 北京 机械工业 出版社，2 0 0 8 催碧海． 起重技术[ M] ． 重庆 重庆大学出版社， 2 0 0 5 王国凡． 钢结构焊接制造【 J ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 4 单建， 吕令毅． 结构力 M] ． 南京 东南大学出版社， 2 0 0 4 吴平． 型钢混凝土铜结构梁柱吊装工艺[ J 1 ． 广东建材， 2 0 1 4 4 4 1 - 45 ． 向南． 箱梁预制节段 吊装过程 吊点应力研究[ J ] _ 公路 交通技 术， 2 0 1 4 3 5 0 5 3 ． 郑建红， 张汤勇， 周鑫． 大跨 度钢桁架梁重型起重机整体 吊装技 术[ J ] ．浙江建筑， 2 0 1 4 3 3 2 3 5 ． 1 2 0 1 4 1 0 B u i l d i n g C o n s t r u c t i o n l 1 1 5 1 一 册 帅 ～ Ⅲ