核能包裝論文：核能旋轉(zhuǎn)的包裝策劃探討范文
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作者：王平田偉汪曉林單位：東方汽輪機(jī)有限公司
我公司從2011年開始，每年以5—6臺的速度產(chǎn)出核電汽輪機(jī)，核電轉(zhuǎn)子的包裝發(fā)運(yùn)每年就將有18—24根，核電轉(zhuǎn)子是核電汽輪機(jī)的“心臟”級部件，它的附加值高，特別是整體低壓轉(zhuǎn)子，重量重、高達(dá)185000kg；形體尺寸大，長度11950mm，直徑達(dá)5439mm(5級葉片圍帶)，加工精度高，一根轉(zhuǎn)子的價(jià)值就超億元人民幣，核電整體低壓轉(zhuǎn)子不能有絲毫的劃痕，更不能有磕碰，包裝要做到防雨、防潮、防銹、防霉、防磕碰等防護(hù)包裝要求，它的安全包裝、儲存、運(yùn)輸是關(guān)鍵，安全運(yùn)輸是靠優(yōu)秀的包裝保護(hù)實(shí)現(xiàn)的，因此，設(shè)計(jì)好核電整體低壓轉(zhuǎn)子的包裝是非常必要性與非常重要的，設(shè)計(jì)并包裝好核電整體低壓轉(zhuǎn)子是必須的。
核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱設(shè)計(jì)
1核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱設(shè)計(jì)方案與原則
核電整體低壓轉(zhuǎn)子重量達(dá)185000kg；形體尺寸長度11950mm，最大直徑達(dá)5632mm，加工精度高，附加值高。核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱設(shè)計(jì)方案：采用全鋼設(shè)計(jì)，內(nèi)外兩層包裝。
核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱設(shè)計(jì)原則：包裝箱設(shè)計(jì)符合科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、牢固、美觀的要求，同時(shí)適應(yīng)陸運(yùn)、海運(yùn)、江河運(yùn)，滿足業(yè)主的特殊要求、可經(jīng)受多次裝卸重復(fù)使用與長期儲存（兩年）的要求，做到包裝緊湊、防護(hù)周密、安全可靠。
2設(shè)計(jì)核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱底座
底座的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度計(jì)算全鋼包裝箱框架設(shè)計(jì)，主要構(gòu)件有：縱向H型鋼、橫向H型鋼、由鋼板焊接而成的轉(zhuǎn)子支撐(箱梁結(jié)構(gòu))與吊裝架、筋板、運(yùn)輸加固板、罩殼等。
轉(zhuǎn)子包裝箱底座采用H型鋼焊接成型，H型鋼屬于高效經(jīng)濟(jì)截面型材，由于截面形狀合理，它們能使鋼材更高地發(fā)揮效能，提高承載能力。不同于普通工字型鋼，且內(nèi)、外表面通常是平行的，這樣可便于用高強(qiáng)度螺栓和其他構(gòu)件連接。其尺寸構(gòu)成系列合理，型號齊全，便于設(shè)計(jì)選用。對比工字型鋼不論是普通型還是輕型的，由于截面尺寸均相對較高、較窄，故對截面xy主軸的慣性矩相差較大，因此，一般僅能直接用于在其腹板平面內(nèi)受彎的構(gòu)件或?qū)⑵浣M成格構(gòu)式受力構(gòu)件。故轉(zhuǎn)子包裝箱底座采用H型鋼焊接成型。設(shè)計(jì)時(shí)首先選取H型鋼，縱向H型鋼與橫向H型鋼均選取相同型號的H型鋼。
1）底座抗壓強(qiáng)度
由于采用4塊鋼板支撐轉(zhuǎn)子，故在底座寬度方向上每個(gè)H型鋼承受的作用力為46.25t（均布載荷），通過抗壓強(qiáng)度公式得出：σ=N/An=46.25×9.8×103/4.5×0.03=3.597Mpa式中N—軸心壓力An—凈截面面積Q235B的許用應(yīng)力為[σ]=235/1.5=156MPa即H型鋼抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)到要求。
2）底座抗彎強(qiáng)度
在轉(zhuǎn)子支持處H型鋼在寬度方向上受均布載荷作用，按照均布載荷彎矩計(jì)算公式，其最大彎矩為：Mmax=ql2/8=Fl/8=46.25×9.8×0.78×103/8=44.2KN•m通過最大正應(yīng)力公式σmax=Mmax/Wz且σmax≤[σ]得出Wz=Mmax/[σ]=44.2×103/156=283cm3，即底座選擇H型鋼的抗彎截面系數(shù)要大于283cm3。
式中Mmax—最大彎矩q—荷載集度l—荷載長度σmax—最大工作正應(yīng)力[σ]—許用彎曲正應(yīng)力Wz—彎曲截面系數(shù)在底座長度方向上，由于中間H型鋼未連接成整體，故分兩部分的計(jì)算強(qiáng)度：針對同一側(cè)支持處的H型鋼，將其簡化成一簡支梁，示意圖如下：該梁的最大彎矩為Mmax=FL/4=60×0.25/4=3.75KN•m得出Wz=Mmax/[σ]=3.75×103/156=24cm3針對兩根未被中間打斷的縱梁，將其簡化成一外伸梁如下圖所示：該梁的最大彎矩為Mmax=FL/4=26×7.25/4=47.1KN•m得出W=Mmax/[σ]=47.1×103/156=302cm3查H型鋼表，綜合考慮選擇HM400×300與HM500×300，其彎曲截面系數(shù)分別為370cm3和332cm3，符合設(shè)計(jì)要求，在綜合考慮裝卸、和運(yùn)輸安全性，在底座寬度方向上，最外側(cè)的兩個(gè)H型鋼選擇HM500×300，其余均選擇HM400×300。
3）設(shè)計(jì)核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱支撐架
轉(zhuǎn)子包裝箱的支撐架用于支撐轉(zhuǎn)子，同時(shí)考慮轉(zhuǎn)子在運(yùn)輸中的裝卸方便，設(shè)計(jì)支撐架時(shí)須考慮將支撐架用于起吊，需要考慮轉(zhuǎn)子包裝箱的包裝運(yùn)輸強(qiáng)度同時(shí)又要考慮包裝箱有荷載時(shí)的起吊強(qiáng)度。
轉(zhuǎn)子支撐架計(jì)算轉(zhuǎn)子重量達(dá)185t，轉(zhuǎn)子支撐架為兩塊鋼板支座焊接成型，其示意圖如下：故每塊鋼板承受的壓力為N=G/4=185/4=46.25t作為軸心受壓構(gòu)件，得出抗壓強(qiáng)度為：σ=N/An=46.25×9.8×103/1.2×0.03=12.6Mpa＜156Mpa式中N—軸心壓力An—凈截面面積計(jì)算該構(gòu)件的穩(wěn)定性查表50017-2003選擇穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.769按照穩(wěn)定性計(jì)算公式：N/ΨA=46.25×9.8×103/0.769×1.2×0.03=16.38Mpa＜156Mpa根據(jù)計(jì)算該支撐架結(jié)構(gòu)合理，滿足要求為了增強(qiáng)2張鋼板的連接強(qiáng)度，在鋼板中間設(shè)置加強(qiáng)筋板，同時(shí)設(shè)置起吊弧板，進(jìn)一步增強(qiáng)支座整體強(qiáng)度，另外在外側(cè)鋼板上設(shè)置加固肋板，設(shè)計(jì)采用三塊三角肋板，肋板距中心距離為1000mm，基本與支座上部同寬，提高支座本身的穩(wěn)定性和抗彎強(qiáng)度。同時(shí)考慮兜吊處起吊強(qiáng)度，在起吊弧板內(nèi)部結(jié)構(gòu)中部增加了加強(qiáng)筋板，以確保兜吊處起吊強(qiáng)度
3底座H型鋼的排布設(shè)計(jì)
核電整體低壓轉(zhuǎn)子為軸對稱產(chǎn)品，為了進(jìn)一步降低其在裝卸和運(yùn)輸過程中所承受的作用力，設(shè)計(jì)的底座在長度與寬度方向上也均對稱，根據(jù)支撐座箱梁式結(jié)構(gòu)，為了把產(chǎn)品的重力均勻傳遞到底座上，在支撐座上的支撐板下面布置了兩根橫梁，通過橫梁將其重量傳遞給縱梁，為了最大限度的降低產(chǎn)品包裝后的重心，不干涉產(chǎn)品包裝，同時(shí)滿足起吊、裝卸強(qiáng)度，保證運(yùn)輸安全性，在底座上布置了7根縱梁，4根縱梁為主梁，其余縱梁布置在底座端部至轉(zhuǎn)子支撐架處，底座中間無縱梁。
底座寬度方向上，最外側(cè)的H型鋼500×300：一是用底座結(jié)構(gòu)的需要，二是用來作運(yùn)輸中的加固用，此H型鋼上設(shè)計(jì)加固鋼板與加固孔，運(yùn)輸時(shí)采用鋼絲繩通過加固孔與車輛成小“八”字加固，確保轉(zhuǎn)子運(yùn)輸?shù)陌踩Ｆ溆?根主梁采用H型鋼400×300，該縱梁與最外側(cè)H型鋼中心距為570mm，增強(qiáng)底座整體的抗彎性能，進(jìn)一步保證運(yùn)輸安全，中間6根縱梁布置在支撐架肋板下面，增強(qiáng)支撐架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
橫梁布置：底座尺寸為：長×寬=12250×4800mm，在支撐座上的支撐板下面布置了兩根橫梁，為了滿足起吊需要，兩橫梁的距離為350mm，因轉(zhuǎn)子兩支撐處跨距為7220mm，故在底座中部布置一橫梁，考慮底座整體受力情況，進(jìn)一步增強(qiáng)底座的強(qiáng)度，故在底座兩端各布置一橫梁，因縱梁為整體梁，故橫梁為段接梁，焊接時(shí)，橫梁的腹板與縱梁的腹板要焊接牢固可靠。
4設(shè)計(jì)核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱中部上下殼體核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱殼體設(shè)計(jì)核電整體低壓轉(zhuǎn)子重量大、體型大，殼體的設(shè)計(jì)很關(guān)鍵，殼體鋼板薄了包裝箱的強(qiáng)度不夠，包裝箱容易變形，起不到保護(hù)轉(zhuǎn)子的作用，而且容易損傷轉(zhuǎn)子；殼體鋼板厚了，包裝箱增重，增加包裝箱的制造成本。殼體本體不受支撐、起吊，因此強(qiáng)度計(jì)算略，但只考慮殼體的變形，箱體罩殼鋼板取δ10mm。筯板采用δ10mm筯鋼板數(shù)控切割成弧形板，進(jìn)一步增強(qiáng)了包裝罩殼的強(qiáng)度。
4.1設(shè)計(jì)1000MW核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱的下罩殼
4.2設(shè)計(jì)1000MW核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱的上罩殼
4.3設(shè)計(jì)1000MW核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱的兩端的下罩
4.4設(shè)計(jì)1000MW核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱的兩端的上罩殼
設(shè)計(jì)1000MW核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝箱的特色和創(chuàng)新突破點(diǎn)
1超大直徑達(dá)6000mm，超重重量達(dá)185000kg的1000MW核電整體低壓轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)了箱裝設(shè)計(jì)。
2包裝箱實(shí)現(xiàn)了全鋼設(shè)計(jì)，支撐轉(zhuǎn)子處采用鋁板和橡膠板保護(hù)，采用鋼制支座蓋代替原R木支撐轉(zhuǎn)子，支撐與壓緊的壓板均是全鋼設(shè)計(jì)，更利于轉(zhuǎn)子的安全儲存與運(yùn)輸。
3轉(zhuǎn)子包裝箱設(shè)計(jì)用專用起吊橫梁兜吊的起吊方式，避免了在裝卸起吊轉(zhuǎn)子(擦)傷轉(zhuǎn)子的可能。
4轉(zhuǎn)子的縱向采用層積材半圓檔木，使1000MW核電整體低壓轉(zhuǎn)子在落進(jìn)包裝箱時(shí)可自動找中定位，操作更方便更人性化設(shè)計(jì)。
5轉(zhuǎn)子包裝箱的支撐架上增加人梯，方便操作人員包裝作業(yè)。
6在包裝箱的鋼制底座上增加了加固點(diǎn)，更利于運(yùn)輸時(shí)的加固。
7包裝箱罩殼的中分面上增加定位銷，更利裝拆罩殼更方便。同時(shí)包裝箱兩端的罩殼錯(cuò)層搭接蓋住中間的罩殼，防止雨水不會流進(jìn)包裝箱，核電低壓轉(zhuǎn)子得到更好的保護(hù)。
核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝設(shè)計(jì)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益
設(shè)計(jì)好核電整體低壓轉(zhuǎn)子的包裝箱，是確保核電轉(zhuǎn)子安全運(yùn)輸，減少風(fēng)險(xiǎn)，確保核電廠運(yùn)轉(zhuǎn)安全，確保核電廠的按時(shí)投運(yùn)，它將產(chǎn)生巨大的社會效益，同時(shí)此設(shè)計(jì)的巧妙又為公司節(jié)約費(fèi)用，降低包裝成本。
1核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝方案在轉(zhuǎn)子的質(zhì)量保證方面，全面規(guī)避了工廠拆卸和現(xiàn)場復(fù)裝可能導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子、葉片的磕碰拉毛，所屬小件損壞等風(fēng)險(xiǎn)。
2核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝在轉(zhuǎn)子制造進(jìn)度方面，每根轉(zhuǎn)子可縮短進(jìn)度2~3周。
3核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝在人力資源方面，可更有效提高公司技術(shù)、管理和質(zhì)量等人力資源效率。
4核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝產(chǎn)生效益：a、從嶺澳二期開始，東方引進(jìn)ALSTOM公司ARABELLE汽輪機(jī)技術(shù)，該技術(shù)所使用“LP94”低壓模塊，該LP轉(zhuǎn)子采用雙流正反各5級葉片，第1、2、3級葉片采用叉形葉根，第4、第5機(jī)采用圓弧葉根，葉片可反復(fù)拆裝。從嶺澳二期開始，由于ALSTOM工廠（BELFORT）的運(yùn)輸限制，以及東方運(yùn)輸限制，從合同規(guī)定到具體實(shí)施，LP轉(zhuǎn)子的末級和次末級（第5、第4級）葉片都在動平衡試驗(yàn)之后進(jìn)行拆除、包裝、發(fā)貨，其后在電廠現(xiàn)場再由東方負(fù)責(zé)葉片復(fù)裝，造成了進(jìn)度、質(zhì)量、資源和成本等方面較大的浪費(fèi)。從2009年開始到2010年7月，四川省對從德陽到樂山的大件公路實(shí)施了改造，大件公路通行條件有了較大改善。根據(jù)大件公路通行能力，經(jīng)核電項(xiàng)目處的策劃，公司儲運(yùn)中心對包裝箱的初步設(shè)計(jì)和運(yùn)輸部門的調(diào)查落實(shí)，初步確定核電LP轉(zhuǎn)子不拆末級和次末級葉片包裝發(fā)運(yùn)的可行性。b、經(jīng)濟(jì)性分析方案比較經(jīng)濟(jì)性比較
◆車間不拆卸葉片，節(jié)省1套鍍鎘墊片約808片，經(jīng)濟(jì)效益約32萬元。
◆車間不拆卸葉片，節(jié)省直接人工和管理費(fèi)用等約3萬元。
◆不拆卸葉片使零件尺寸、總量更大，鋼質(zhì)包裝箱從~24噸增加到~34噸，費(fèi)用增加約10萬元。
◆不拆卸葉片節(jié)省葉片散件包裝箱與包裝費(fèi)~2.4萬元。
◆無需復(fù)裝葉片，人工、差旅、吊葉片工具、滾輪支架使用、運(yùn)輸費(fèi)、現(xiàn)場復(fù)裝腳手架節(jié)省約5萬元。
◆新增≤250噸專用起吊工具，考慮到車間發(fā)貨和運(yùn)輸工程需要，按3套準(zhǔn)備，共約150萬元。
分?jǐn)偟?011~2013年產(chǎn)出的全部豐水期和50%枯水期LP轉(zhuǎn)子上，每根轉(zhuǎn)子增加的工具費(fèi)用約為4.15萬元。上表中，按照歷史資料，正常情況下，從當(dāng)年12月初到來年3月底為枯水期，其它為豐水期。豐水期全部LP轉(zhuǎn)子、枯水期50%LP轉(zhuǎn)子使用不拆葉片運(yùn)輸方案，那么，2011~2013共3年間，共約由36根LP轉(zhuǎn)子采用本文方案包裝運(yùn)輸。經(jīng)濟(jì)效益匯總（每根轉(zhuǎn)子）每根核電整體低壓轉(zhuǎn)子包裝比原拆掉再裝第四級與第五級葉片節(jié)省28萬元/根，年12根核電低壓轉(zhuǎn)子，年節(jié)約336萬元。
傳動齒輪固定螺栓的改造
圓盤剪內(nèi)外齒套外齒端部原設(shè)計(jì)只有兩個(gè)M10×25的螺栓固定，用普通彈簧墊圈止退。因機(jī)組高速運(yùn)轉(zhuǎn)有時(shí)正反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，螺栓極易松動，螺栓松動后，不能保證軸承的間隙要求，極易造成軸承的損壞，使刀軸的精度無法保證，圓盤剪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的側(cè)間隙、重合量參數(shù)受到影響，剪切質(zhì)量受到影響。由于圓盤剪箱體內(nèi)空間狹小，結(jié)構(gòu)緊密，不宜加裝其他的止退結(jié)構(gòu)。通過研究，在兩個(gè)螺栓的六分處打孔用鐵絲將兩個(gè)螺栓固定在一起，使其不能退出，通過這種方法基本避免了因螺栓松動后導(dǎo)致的軸承的使用壽命縮短，齒套聯(lián)軸器的損壞，提高了圓盤剪的使用壽命，減少了因更換軸承的設(shè)備維護(hù)量的停機(jī)臺時(shí)，并降低了備品備件費(fèi)用。
結(jié)論
我們通過采取以上一系列制定的維護(hù)、裝配、檢修要求及改進(jìn)措施，經(jīng)過近幾年的實(shí)踐證明是非常有效的，取得了很大的收益。現(xiàn)拉彎矯生產(chǎn)線以達(dá)到了設(shè)計(jì)要求年產(chǎn)25萬噸的生產(chǎn)能力。試車時(shí)圓盤剪的軸承20多天就要更換軸承及聯(lián)軸器，現(xiàn)在用幾個(gè)月都不需要更換，減少了不必要的停機(jī)臺時(shí)，降低了備品備件的費(fèi)用。因此保證了我廠的生產(chǎn)正常運(yùn)行，也為我廠進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，提高經(jīng)濟(jì)效益做出了貢獻(xiàn)。