草街航電樞紐2×2500kN壩頂門機(jī)安裝技術(shù)

楊關(guān)智,安郁亮

(1.中國水利水電第十二工程局有限公司， 浙江 麗水 323000；2.重慶航運(yùn)建設(shè)發(fā)展有限公司，重慶 401121)

1 工程概述

草街航電樞紐是嘉陵江干流合川至河口段自上而下渠化梯級(jí)開發(fā)的第二個(gè)梯級(jí)，是嘉陵江航運(yùn)梯級(jí)開發(fā)的關(guān)鍵性工程。該樞紐工程是國務(wù)院西部開發(fā)辦公室確定的2005年西部十大建設(shè)工程，是交通部在內(nèi)河投資建設(shè)的最大項(xiàng)目，是重慶市政府確定的重點(diǎn)工程。樞紐由船閘、河床式廠房、沖沙閘、泄洪閘等建筑物組成。攔河壩為混凝土重力壩，壩頂高程221.50m，壩頂全長665m。工程以發(fā)展航運(yùn)為主要目的，兼有發(fā)電、攔沙減淤、灌溉等水資源綜合利用效益，電站安裝4臺(tái)單機(jī)容量為12.5萬kW軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組，年平均發(fā)電量20.18億kW·h。

草街航電樞紐廠房進(jìn)水口壩頂布置一臺(tái)2×2 500kN雙向門式啟閉機(jī)，覆蓋左岸安裝間與廠房進(jìn)水口壩段，門機(jī)沿壩軸線方向運(yùn)行，其軌頂高程為221.50m，軌道跨距為18.6m，最大揚(yáng)程為60m，壩面揚(yáng)程為26.4m。門機(jī)除配備有檢修、事故閘門液壓抓梁，攔污柵液壓抓梁外，還配有清污機(jī)，同時(shí)還為廠房機(jī)組大件進(jìn)廠提供裝卸服務(wù)。

2 門機(jī)性能參數(shù)及工作原理

2.1 門機(jī)組成

門機(jī)主要由大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、下橫梁、門腿、中橫梁、上橫梁、主梁、端梁、小車、司機(jī)室、夾軌器、電纜卷筒、大、小車供電裝置、電氣設(shè)備及起升機(jī)構(gòu)等組成，單臺(tái)門機(jī)總重約742t。

2.2 門機(jī)工作原理

門機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)采用對(duì)半驅(qū)動(dòng)方式，機(jī)構(gòu)車輪總數(shù)16個(gè)，其中主動(dòng)輪8個(gè)，即采用對(duì)半驅(qū)動(dòng)方式。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)亦采用對(duì)半驅(qū)動(dòng)方式，機(jī)構(gòu)總輪數(shù)為8個(gè)，主動(dòng)輪4個(gè)。大、小車行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置均采用變頻電機(jī)，通過改變電機(jī)頻率來完成調(diào)速。

起升機(jī)構(gòu)為雙吊點(diǎn)，采用雙卷筒驅(qū)動(dòng)方式，由2臺(tái)電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器變速后分別驅(qū)動(dòng)2個(gè)卷筒旋轉(zhuǎn)，為保證兩個(gè)卷筒同步，在兩套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)高速端通過齒輪聯(lián)軸器、中間軸相聯(lián)接，以保證雙吊點(diǎn)啟閉閘門時(shí)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的剛性同步。驅(qū)動(dòng)裝置采用變頻電機(jī)，通過改變電機(jī)頻率來完成起升速度的調(diào)整。

3 安裝過程及質(zhì)量控制

3.1 施工準(zhǔn)備

(1)門機(jī)安裝前,對(duì)到貨的構(gòu)件、設(shè)備進(jìn)行清點(diǎn)、檢查，機(jī)械及傳動(dòng)部位進(jìn)行清洗，并按圖紙要求加入潤滑油脂；

(2)根據(jù)土建施工進(jìn)度確定門機(jī)安裝定位區(qū)，在安裝部位混凝土澆筑至壩的前一倉，預(yù)埋一定地錨供門機(jī)安裝時(shí)拉設(shè)纜風(fēng)繩；

(3)門機(jī)安裝前，在軌道上測放控制點(diǎn)、線，要求其高程的相對(duì)偏差、跨距及對(duì)角線偏差不大于2mm。

3.2 安裝流程

門機(jī)的安裝工藝流程如下:

大車行走機(jī)構(gòu)安裝→下橫梁安裝→門架安裝→小車架吊裝→主起升機(jī)構(gòu)吊裝→機(jī)房吊裝→梯子、平臺(tái)及欄桿等附件安裝→電氣設(shè)備安裝、調(diào)試→起升鋼絲繩纏繞→荷載試驗(yàn)。

3.3 施工過程控制

3.3.1 大車行走機(jī)構(gòu)安裝

大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由四個(gè)臺(tái)車組單元組成，每個(gè)臺(tái)車組單元組重21.312t，采用70t汽車吊配合260t履帶吊翻身、吊裝就位。首先按運(yùn)行機(jī)構(gòu)的基距14 000mm在軌道上放點(diǎn)(或按同一側(cè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)最外側(cè)車輪間距22 700mm放點(diǎn))，臺(tái)車吊裝就位后，首先用4臺(tái)10t千斤頂將臺(tái)車水平、中心線調(diào)整到位，然后用花蘭螺栓一頭焊在臺(tái)車上，另一頭焊在地面預(yù)埋板上加固臺(tái)車并精調(diào)臺(tái)車水平及車輪的傾斜度；4個(gè)臺(tái)車就位后，調(diào)整臺(tái)車平衡梁支座板相互間距及對(duì)角線以及各臺(tái)車車輪的傾斜、同位差等滿足驗(yàn)收規(guī)范后，用型鋼將臺(tái)車和地面預(yù)埋錨板進(jìn)行可靠加固，并用楔子板將車輪與軌道接觸踏面左右頂死，以防竄位。

3.3.2 下橫梁安裝

下橫梁單重22.218t，上下游側(cè)各1根，采用260t履帶吊吊裝。為便于下橫梁與臺(tái)車平衡梁順利對(duì)位，下橫梁吊裝前再次仔細(xì)檢查大車行走機(jī)構(gòu)的跨距及對(duì)角差，并將下橫梁下法蘭孔與臺(tái)車平衡梁上法蘭孔兩組合面的定位孔實(shí)際跨距尺寸進(jìn)行比較，偏差不要超過±1mm。下橫梁起吊后應(yīng)檢查其平衡情況，若不平衡，用10t手拉葫蘆將其調(diào)平。就位時(shí)用定位銷及釬棍幫助對(duì)位，對(duì)位完畢把合好連接螺栓并擰緊。調(diào)整下橫梁上法蘭面水平，調(diào)整合格后，再用[20槽鋼將單個(gè)下橫梁支撐于地面上。

3.3.3 門架安裝

壩頂門機(jī)的門架由四根門腿、兩根主梁、兩根端梁、兩根下橫梁、兩根中橫梁、兩根上橫梁組成,總重量為387.352t。

3.3.3.1 門腿安裝

門腿安裝采用工作面拼裝，一次起吊就位的方法。根據(jù)施工條件，將門腿按上下游方向拼裝為兩大件，分兩次安裝(下游側(cè)門腿吊裝完成后再進(jìn)行上游側(cè)門腿的拼裝及吊裝)。先將下游側(cè)的兩條門腿與上橫梁、中橫梁在工作面上進(jìn)行拼裝成整件，并將部分爬梯欄梯等附件在地面一起拼裝(組件高22.73m、寬16m、重約130t)。然后用QUY260起重機(jī)(260t覆帶吊主臂長度39m，回轉(zhuǎn)半徑9m時(shí)，最大吊重140t)吊組件上部，LT1070汽車吊(70t汽車吊)輔助翻身之后，由QUY260起重機(jī)一次吊裝就位。在門腿的上下游分別拉2道纜風(fēng)繩，用來固定門腿和調(diào)整門腿的垂直度，為避免纜風(fēng)繩與后續(xù)吊裝作業(yè)的履帶吊主臂干擾，內(nèi)側(cè)的纜風(fēng)繩交叉系纜。

3.3.3.2 主梁、端梁的安裝工序

主梁、端梁安裝的準(zhǔn)備工作：先將主梁和端梁內(nèi)的電氣柜安放到位，用螺栓緊固，并將端梁與右側(cè)主梁在地面上預(yù)拼裝在一起(高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行初擰，部分螺栓孔用橄纜沖替換)，然后在門腿頂端搭好施工腳手架(門腿吊裝前在作業(yè)面下方1.5m焊接一施工平臺(tái))，然后通過纜風(fēng)繩系5t手拉葫蘆調(diào)整門腿開擋距離及垂直度至初步調(diào)整合格，在右側(cè)主梁吊裝就位后，調(diào)整主梁的上下游側(cè)高差及主梁平面度，測量合格后將主梁與門腿法蘭面點(diǎn)焊在一起，然后用260t履帶吊將左側(cè)主梁吊裝到位與端梁進(jìn)行組合，吊裝時(shí)用一臺(tái)70t汽車吊配合端梁與主梁組合，并將左側(cè)主梁的上下游高差、水平及主梁四個(gè)門腿處的對(duì)角線調(diào)整到規(guī)范之內(nèi)。合格后將主梁與其法蘭盤焊接，并進(jìn)行端梁與主梁高強(qiáng)度螺栓的終擰。

3.3.3.3 主梁與門腿連接處的焊接

門腿上部法蘭面與箱形主梁連接處為單V型組合焊縫，屬于一類焊縫。主梁與每支門腿連接處有4條焊縫，由4名焊工采用相同規(guī)范分段退步對(duì)稱施焊，分段長度為400～500mm。單側(cè)焊接完成后，背縫用碳弧氣刨進(jìn)行清根，并用砂輪打磨修整后焊接，焊接過程中嚴(yán)格遵守焊接規(guī)范要求，以控制焊接線能量及變形。焊接完成后24小時(shí)進(jìn)行超聲波無損檢測。

3.3.4 小車安裝

小車主要由小車行走機(jī)構(gòu)、小車架、起升機(jī)構(gòu)組成。在出廠時(shí)將小車的小車行走機(jī)構(gòu)和小車架組裝為兩片。小車起升機(jī)構(gòu)由兩個(gè)主起升電機(jī)、兩個(gè)卷筒、兩個(gè)減速箱、兩套起升滑輪組等組成。

3.3.4.1 小車架的安裝

小車架的安裝采用分片吊裝的方法。先在小車軌道上根據(jù)小車輪距用水準(zhǔn)儀找出4個(gè)高差相對(duì)較小的點(diǎn)，單片小車架與小車行走機(jī)構(gòu)重約42t，采用200t汽車吊進(jìn)行吊裝(主臂長度70m，回轉(zhuǎn)半徑12m，最大吊重49.8t)。為便于機(jī)架對(duì)位連接，起吊后應(yīng)檢查每部分機(jī)架的平衡情況，若不平衡則用20t葫蘆將其調(diào)平。主小車架上的高強(qiáng)螺栓待機(jī)架整體拼裝完畢各項(xiàng)尺寸檢測合格后終擰到位。將車輪與軌道兩側(cè)的間隙調(diào)整至一致，用型鋼將主小車架與主縱梁連接固定，以防止風(fēng)吹動(dòng)主小車行走。

3.3.4.2 起升卷筒及減速器安裝

根據(jù)現(xiàn)場安裝條件，將減速器與卷筒分別使用200t汽車吊吊裝就位，接著進(jìn)行電動(dòng)機(jī)及制動(dòng)器等的吊裝。

3.3.4.3 小車機(jī)房安裝

小車機(jī)房(頂蓋除外)按照?qǐng)D紙編號(hào)在地面拼裝成整體。為了防止吊裝過程中機(jī)房框架變形導(dǎo)致后續(xù)頂蓋安裝時(shí)螺孔錯(cuò)位，將機(jī)房框架槽鋼用型鋼連接并打上剪刀撐。

3.3.4.4 小車機(jī)房頂蓋及檢修吊安裝

小車機(jī)房中的2t檢修吊在頂蓋吊裝前用70t汽車吊分體吊裝就位。小車機(jī)房頂蓋及圍護(hù)按照?qǐng)D紙編號(hào)分別吊裝就位。

3.3.4.5 起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩穿繞

起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩穿繞前進(jìn)行破勁處理，下料長度按計(jì)算確定并加以調(diào)整以保證吊具平衡。鋼絲繩、滑輪、卷筒、主、副鉤連接纏繞方式應(yīng)符合圖紙的規(guī)定。

3.3.5 電氣設(shè)備安裝調(diào)試

電氣設(shè)備安裝、調(diào)試，均按設(shè)計(jì)圖紙、DL/T5019-94規(guī)范和制造廠技術(shù)要求進(jìn)行施工。單個(gè)系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢后進(jìn)行機(jī)電聯(lián)調(diào)，并檢查各機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

4 門機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)

試運(yùn)轉(zhuǎn)步驟按空載試運(yùn)轉(zhuǎn)、靜荷載試驗(yàn)和動(dòng)荷載試驗(yàn)進(jìn)行。

4.1 空載試運(yùn)轉(zhuǎn)

本試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)制造安裝缺陷，以及電氣設(shè)備接線控制動(dòng)作的準(zhǔn)確性。起升機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)(大車和小車)應(yīng)分別在行程的上、下往返3次，各機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)行正常、無異常聲響，行走機(jī)構(gòu)的車輪應(yīng)無卡軌、啃軌和障礙等異?，F(xiàn)象。制動(dòng)器工作靈活可靠，滑輪無跳槽、滯轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)對(duì)各安全限位裝置進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)檢測起升、牽引電機(jī)電流值。

4.2 荷載試驗(yàn)

門機(jī)空載試運(yùn)轉(zhuǎn)完成后，各機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，才能進(jìn)行荷載試驗(yàn)，荷載試驗(yàn)先進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)，再進(jìn)行動(dòng)荷載試驗(yàn)。門機(jī)試驗(yàn)的試件用汽車吊吊入吊架內(nèi)，并核定其重量，按載荷所需計(jì)算總重進(jìn)行各種工況下的荷載試驗(yàn)。

4.2.1 靜荷載試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)荷載依次分別采用額載定荷的75%、100%和125%，試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)門機(jī)各部件和金屬結(jié)構(gòu)的承載能力。

(2)起吊1.25倍額定負(fù)荷，在離地面100～200mm處，停留10min，然后卸去負(fù)荷，檢查門機(jī)和梁的永久變形。

5 安裝的一些經(jīng)驗(yàn)

(1)水電站壩頂門機(jī)安裝場地一般比較狹窄，采用大型機(jī)械設(shè)備吊裝要精確確定部件拼裝工位，主吊機(jī)與輔助吊機(jī)停放工位，否則將難于滿足現(xiàn)場安裝要求；

(2)在不影響吊裝的情況下，在地面上便于施工時(shí)盡量把附件安裝在主件上，隨主件一起吊裝就位，可以節(jié)省吊裝時(shí)間，減少高空作業(yè)，減少安全風(fēng)險(xiǎn)，降低安裝難度，加快施工進(jìn)度;

(3)門腿在地面組裝時(shí)，要精確控制門腿下法蘭面螺孔與下橫梁上法蘭螺孔相對(duì)錯(cuò)位及同側(cè)兩根門腿上、下口開檔尺寸，以保證門腿吊裝能與下橫梁定位塊精確定位。

6 結(jié) 語

草街航電樞紐廠房進(jìn)水口2×2 500kN雙向門機(jī)利用260t履帶吊和200t汽車吊進(jìn)行大部件吊裝，將立體拼裝改為地面組裝、整體吊裝，盡量減少高空作業(yè)，加快安裝進(jìn)度。實(shí)現(xiàn)了門機(jī)快速投產(chǎn)運(yùn)行，為草街航電樞紐按時(shí)下閘蓄水與度汛、機(jī)組大件進(jìn)廠裝卸創(chuàng)造了必要的條件，并降低了安裝成本，保證了機(jī)組安裝進(jìn)度，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。