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國電泰州電廠是目前國內在建的裝機容量最大的火力發(fā)電廠，發(fā)電機采用哈爾濱電機有限責任公司和日本東芝聯(lián)合設計制造的水氫氫冷、靜態(tài)勵磁發(fā)電機。發(fā)電機定子外形尺寸約11 m×4.9 m×4.455 m，定子總質量為450 t，吊鉤及鋼絲繩質量為10 t。由于同一臺行車的同步能力較強，2臺行車為2人進行操作，同步性差，起吊要求高。因此，考慮使用2個大橫梁，中間使用小橫梁，以減少由于2臺起重機動作的不協(xié)調造成橫梁組件的內力增加，影響定子吊裝的安全性。發(fā)電機定子吊裝采用2臺加固后起重機雙小車(每臺起重機上增加1臺額定起重量130 t臨時小車)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吊鉤進行定子的轉向和吊裝。為確保定子吊裝的安全性，對自制吊裝用橫梁結構進行強度分析和安全穩(wěn)定性校驗十分重要。
原設計吊裝結構系統(tǒng)由3根自制的橫梁通過雙向活動球形支座連接。利用大型有限元結構通用分析軟件ANSYS，建立有限元靜力學計算模型。有限元建模時采用國際單位制，由于研究對象為鋼板通過焊接連接方式形成的鋼箱梁結構，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構跨度相比較小，在結構有限元分析單元網(wǎng)格劃分時采用混合網(wǎng)格劃分，即在幾何模型上，根據(jù)各部位的特點，分別采用自由、映射、掃略的網(wǎng)格劃分形式，以提高計算精度和減少計算時間。
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。
有限元分析時考慮結構的自重，結構加載及約束后的有限元計算模型及球形支座剖面見圖。
為更好地模擬實際吊裝情況，本研究假設以下2種極限工況。
(1)載荷作用在結構的中心，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角邊，載荷大小不變。從不同工況下結構的整體強度有限元分析結果可以看出，結構單元節(jié)點的VON MISES應力范圍主要在底板處超出材料的許用應力，對結構影響較小。結構的最不利截面滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求。但結構在球形支座處產(chǎn)生較大的位移變形。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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