接力換繩法在貫流式機組大軸吊裝中的應(yīng)用

王 龍，李博偉，劉慧鳳，張軍智，任 巖

(1.中國水電顧問集團西北勘測設(shè)計研究院，陜西西安 710065;2.廣東省源天工程公司，廣州增城 511340;3.華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 410002)

1 前 言

真納水電站位于巴基斯坦Punjab省Mianwali地區(qū)Kalabagh鎮(zhèn)下游約5km處的真納攔河閘的右岸，利用真納攔河閘形成的水位落差，開挖明渠引水，修建廠房發(fā)電。樞紐工程由引水渠、廠房、尾水渠和開關(guān)站等組成。電站安裝8×12 MW豎井貫流式水輪發(fā)電機機組，電站主要任務(wù)是發(fā)電，多年平均發(fā)電量6.07億kW·h。

豎井貫流式水輪發(fā)電機組是開發(fā)超低水頭水力資源的良好機型，其結(jié)構(gòu)特點為將發(fā)電機布在水輪機上游側(cè)的一個金屬殼體或混凝土豎井中，發(fā)電機與水輪機通過行星齒輪增速裝置相連接。該機組除具有一般貫流式水輪機的優(yōu)點外，因發(fā)電機和增速裝置布置在開敞的豎井內(nèi)，通風(fēng)、防潮條件良好，運行和維護方便。本文結(jié)合真納水電站機組實際特點，論述采用接力換繩方案對機組大軸進行吊裝。盡管施工難度稍有增加，但該方案以數(shù)個手動葫蘆替代大軸吊裝專用移動工具，減少了機組制造的成本。在大軸吊裝的實際操作中各手動葫蘆的配合良好，從大軸安裝完畢到吊裝到位，僅需要半天即可完成，吊裝過程滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范，滿足工程進度上的要求。

2 水輪機、大軸、橋機主要技術(shù)參數(shù)

2.1 水輪機

型號 GZ(1157)－WS－650

額定水頭 4.8m

最大水頭 6.2 m

最小水頭 3.2 m

額定功率 12.8MW

額定轉(zhuǎn)速 72.67r/min

轉(zhuǎn)輪直徑 6.5m

2.2 大軸

重量 22.1t

外形尺寸 5 600mm×φ800mm

2.3 橋機

型號 125/32/10t，Lk=18.5m

起重機跨度 18.5m

主鉤起重量 125t

副鉤起重量 32t

主鉤起升高度 26m

副鉤起升高度 36m

主鉤起升速度 0.1～1 m/min

副鉤起升速度 0.5～5 m/min

3 方案論證分析

按照以往臥式水輪機大軸吊裝慣例，大軸采用橋機主鉤配合移動裝置(移動臺車或者吊裝工具車輪)進行吊裝。吊裝流程大體如下:大軸吊入機坑前，在安裝間試吊，保持水平狀態(tài)后吊入機坑內(nèi)再慢慢轉(zhuǎn)動45°或者90°，使之順?biāo)鞣较?，找正位置，下落大軸，使水導(dǎo)軸承殼的承重面落于臺車上或者使大軸吊裝工具支架滾輪落在導(dǎo)軌上;松掉橋機主鉤鋼絲繩，分別用預(yù)先設(shè)置在導(dǎo)水機構(gòu)內(nèi)環(huán)下游側(cè)±X方向處的手動葫蘆和導(dǎo)水機構(gòu)外環(huán)下游側(cè)±X方向處的手動葫蘆牽引大軸向下游移動，直到大軸就位為止;分別將組合軸承支撐環(huán)與座環(huán)上游側(cè)法蘭面、水導(dǎo)軸承與內(nèi)配水環(huán)法蘭板把合，等軸線調(diào)整后，再分別打定位銷。

真納水電站機組型式為豎井貫流式，為了減少機組造價，廠家在大軸設(shè)計中取消了常規(guī)貫流式機組設(shè)置的大軸吊裝移動裝置。在主機廠提供的吊裝方案中，僅利用3個20t手動葫蘆接力配合大軸頂起工具(見圖1)將大軸吊入就位。筆者認為，上述方案很難滿足本電站大軸吊裝的要求。首先，大軸吊入豎井以及管型座內(nèi)，為了使大軸往下游移動，需要在管型座內(nèi)部±X合適位置設(shè)置1個提供牽引力的手動葫蘆。另外，貫流式機組的特殊結(jié)構(gòu)(豎井和管型座上部支撐之混凝土實體)阻斷了橋機吊裝大軸的行進路線。因此，在大軸進入豎井并往下游(水輪機轉(zhuǎn)輪方向)移動過程中，導(dǎo)水機構(gòu)內(nèi)配水環(huán)上游側(cè)、下游側(cè)以及導(dǎo)水機構(gòu)外配水環(huán)下游側(cè)各需要配置一個手動葫蘆以備大軸下移過程中橋機主、副鉤換繩之用(見圖1)。這樣總計至少需要6個手動葫蘆。主機廠提供吊裝方案中手動葫蘆數(shù)量不夠，大軸吊裝的安全系數(shù)較低。其次，真納水電站裝機共8臺，安裝強度比較大，采用3個電動葫蘆吊裝方案會造成整個安裝進度滯后，影響工程進度。本文結(jié)合廠家設(shè)計吊裝方案并根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用接力換繩方法將大軸吊裝就位。該方法與以往燈泡貫流機組的大軸吊裝比較，雖起重設(shè)備多、人力投入大，但減少了機組制造的成本。

4 大軸接力換繩吊裝步驟

4.1 大軸吊裝條件及準(zhǔn)備工作

圖1 吊點布置

導(dǎo)水機構(gòu)安裝完畢后，裝配大軸，水導(dǎo)軸承瓦，安裝大軸上、下游兩側(cè)及重心位置吊裝工具。承重支座要求良好的水平度及足夠的剛度。在豎井基礎(chǔ)上游側(cè)上部混凝土中的預(yù)埋墊板上焊接厚度為60mm拉環(huán)(其結(jié)構(gòu)形式同下述管型座上游側(cè)吊耳)，并記做牽引力點⑷，使用1個10t手動葫蘆配合1個12t卸扣及1條規(guī)格為φ16mm×16m的鋼絲繩連接在大軸上游側(cè)法蘭面，用作平衡大軸吊裝過程中下游方向牽引力。與牽引力點(4)連接的手動葫蘆記做手動葫蘆4。管型座上游側(cè)面+Y方向用螺栓把合1只厚度為60mm的吊耳，此吊耳記做牽引力點(5)，吊耳上配合1個25t卸扣，卸扣連接1個20t手動葫蘆和繩頭，用做臨時吊點。牽引力點(5)上連接的手動葫蘆記做手動葫蘆5。豎井內(nèi)部布置一個臨時支撐架，支撐架配合30t千斤頂以備吊裝過程中副鉤與臨時吊點的換繩之用。

管形座內(nèi)部進人井下方螺栓把合1只厚度為60mm的吊耳，此吊耳記做牽引力點(2)，吊耳上配合1個25t卸扣，卸扣連接1個20t手動葫蘆和繩頭，用做臨時吊點。與牽引力點(2)連接的手動葫蘆記做手動葫蘆2。內(nèi)導(dǎo)環(huán)下游側(cè)+Y方向處利用1個25t卸扣連接1個20t手動葫蘆和繩頭，用做臨時吊點，此吊點記做牽引力點(3)。與牽引力點(3)連接的手動葫蘆記做手動葫蘆3。外導(dǎo)環(huán)下游側(cè)+Y方向處利用1個25t卸扣安裝1個20t手動葫蘆和繩頭，用做臨時吊點，此吊點記做牽引力點(1)。與牽引力點(1)連接的手動葫蘆記做手動葫蘆1。內(nèi)導(dǎo)環(huán)中間肋板孔±X方向處分別利用2個10t卸扣連接2個5t手動葫蘆和繩頭，用做臨時吊點，此處吊點記做牽引力點(6)。與牽引力點(6)連接的手動葫蘆記做手動葫蘆6。其中各個吊耳、吊點的序號(1)～(7)與其上連接的手動葫蘆1～7一一對應(yīng)，具體位置見圖1。

4.2 橋機主副鉤吊裝大軸

橋機主、副鉤就位，橋機主鉤懸掛1條φ36mm×16m鋼絲繩，鋼絲繩分兩股連接于大軸上游側(cè)吊耳。橋機副鉤上分別懸掛1條φ36mm×16m鋼絲繩、1條φ24mm×8m鋼絲繩及1個10t手動葫蘆，副鉤記做牽引力點(7)。牽引力點(7)處連接的手動葫蘆記做手動葫蘆7。副鉤上懸掛的φ36mm鋼絲繩連接在大軸中心位置側(cè)的吊具，副鉤上懸掛的φ24mm鋼絲繩和10t手動葫蘆7則連接大軸下游側(cè)的吊具。在安裝間對大軸進行起吊前的水平調(diào)整，調(diào)整水平后將大軸吊入機坑并下降至機組中心線，運行橋機小車，將大軸向下游移動少許。

4.3 大軸中心吊具進入管型座前、后接力換繩及大軸下移

將手動葫蘆4連接在大軸上游側(cè)法蘭面螺栓孔上。手動葫蘆2、手動葫蘆6及手動葫蘆5分別連接在大軸下游側(cè)法蘭面螺栓孔上。手動葫蘆4、手動葫蘆5及手動葫蘆2逐漸抽緊，副鉤上手動葫蘆7逐漸放松直至松掉①。利用手動葫蘆6抽緊、手動葫蘆4放松使大軸逐漸下移。當(dāng)副鉤逐漸靠近豎井頂端下游側(cè)混凝土邊壁，利用支墩處設(shè)置的50t千斤頂(見圖1)作支撐，將手動葫蘆5連接在重心吊具處，并且逐漸拉緊，而副鉤逐漸松掉②。

利用手動葫蘆4的放松和手動葫蘆6、手動葫蘆2的抽緊使大軸逐漸下移。當(dāng)中心吊具進入管型座前，利用支撐座處16t千斤頂作支撐，逐漸將手動葫蘆5松掉③，使大軸繼續(xù)下移少許。

當(dāng)中心吊具進入管型座內(nèi)部后，而此時主鉤并未靠近豎井頂端下游混凝土邊壁，副鉤從管型座豎井內(nèi)放下，并連接大軸中心位置側(cè)的吊具、已松掉的手動葫蘆5后懸掛在大軸上游側(cè)吊具上并拉緊，主鉤逐漸松鉤直到松掉④。

將手動葫蘆6連接點從大軸下游側(cè)法蘭面螺栓孔更換到大軸重心吊具上，利用手動葫蘆6抽緊、手動葫蘆4放松，各受力葫蘆相應(yīng)配合使大軸逐漸下移。

4.4 副鉤靠近管型座下游側(cè)扶梯后接力換繩及大軸下移

利用支撐座處16t千斤頂作支撐，將手動葫蘆3連接在大軸下游側(cè)吊具上并逐漸抽緊，將手動葫蘆2從大軸下游側(cè)法蘭面上逐漸松掉，松掉后的手動葫蘆2連接在大軸重心吊具上，并逐漸抽緊。副鉤逐漸松鉤直到完全松掉⑤。

利用手動葫蘆6抽緊、手動葫蘆4放松，各受力葫蘆相應(yīng)配合使大軸逐漸下移。

4.5 大軸下游側(cè)吊具抵達內(nèi)導(dǎo)環(huán)下游面接力換繩及大軸下移

將手動葫蘆1連接在下游側(cè)吊具上并逐漸抽緊，而手動葫蘆3逐漸放松直到無力⑥。將手動葫蘆3連接在重心吊具上并逐漸抽緊，而手動葫蘆2逐漸放松直到松掉⑦，放松后的手動葫蘆2連接在大軸上游側(cè)的吊具上并逐漸抽緊。手動葫蘆5逐漸放松⑧，手動葫蘆4逐漸抽緊。

拉緊下游側(cè)手動葫蘆6，逐漸松開手動葫蘆4，其他葫蘆相應(yīng)配合使大軸向下游側(cè)走，直到整個大軸整體到位。

注:文中①～⑧為大軸吊裝過程中接力換繩施工節(jié)點。

4.6 手動葫蘆、吊具的移除

將水導(dǎo)軸承座下方連接板與內(nèi)導(dǎo)環(huán)水導(dǎo)支撐座利用定位銷釘固定，大軸頂起工具將大軸逐漸頂起并逐漸受力，將各個葫蘆按照位置由上游至下游方向逐漸松開，確認大軸穩(wěn)固后后便可悉數(shù)松掉。待軸線調(diào)整驗收合格、增速器就位調(diào)整完畢，隨后拆除安裝用吊具。

5 吊裝用具及計算

5.1 受力計算(吊耳、螺栓材質(zhì)為Q235)

(1)吊物總重為0.221×103kN(25t)，主鉤吊裝繩受力(φ36mm)為 F1max=0.221×103kN(＜25t)，副鉤吊裝繩受力(φ24mm)F2max=0.221×103kN(＜25t)，起吊時主鉤 F1=0.082×103kN、副鉤 F2=0.165×103kN、手動葫蘆F3=0.165×103kN。

(2)管型座上游側(cè)吊耳強度計算:因為換鉤頻繁，因此按最大受力考慮。寬度300mm，內(nèi)徑為110mm，厚度為60mm，τmax=4.83 MPa＜［τ］=235 MPa。

(3)大軸重心位置吊具強度計算:因為換鉤頻繁，因此按最大受力考慮。吊柱直徑為120 mm，長為145mm，τmax=21.68 MPa＜［τ］=235 MPa。

(4)管型座下游側(cè)吊耳強度計算:因為換鉤頻繁，因此按最大受力考慮。寬度100mm，內(nèi)徑為60mm，厚度為 40mm，τmax=61.3 MPa＜［τ］=235 MPa。

(5)連接螺栓強度計算:管型座上游吊耳側(cè)螺栓為2個M72螺栓，取受力直徑為66mm。螺栓剪力 τmax=17.90 MPa ＜［τ］=235 MPa。大軸重心處吊具6個M42螺栓，螺栓拉應(yīng)力τmax=23.20 MPa＜［τ］=235 MPa。下游吊耳側(cè)螺栓為2個M36螺栓，取受力直徑為 30mm。螺栓剪力 τmax=136.11MPa ＜［τ］=235 MPa。

5.2 吊裝設(shè)備

鋼絲繩 φ36mm×16m一對、φ24mm×8m一條、φ16mm×16m一條，10m麻繩2條;25t卸扣4只、12t卸扣3只，6.5t卸扣2只;20t手動葫蘆4只、10t手動葫蘆3只、5t手動葫蘆2只、2t手動葫蘆1只;30t千斤頂1個、16t千斤頂2個;大于20t起吊繩頭若干。

6 大軸接力換繩吊裝的注意事項

(1)發(fā)電機豎井開口上下游長度(6 015mm)大于含吊裝工具機組大軸長度(5 050mm)，因此，與常規(guī)貫流式機組大軸吊入發(fā)電機豎井需要旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動45°或者90°不同，豎井貫流式機組大軸在安裝間試吊之后直接調(diào)節(jié)大軸軸線為順?biāo)鞣较?，然后直接吊入發(fā)電機豎井內(nèi)。

(2)在大軸吊入發(fā)電機豎井內(nèi)部并往下游移動過程中，各個接力換繩先后順序必須正確，以免在大軸吊裝過程出現(xiàn)事故。

(3)為了增速器連接法蘭與管型座上游側(cè)法蘭、大軸卡位工具與管型座下游側(cè)法蘭、導(dǎo)水機構(gòu)內(nèi)水導(dǎo)環(huán)下游側(cè)法蘭與轉(zhuǎn)輪以及管型座外導(dǎo)水環(huán)法蘭與轉(zhuǎn)輪室法蘭之間把合正確，圖1中(1)、(2)、(3)、(5)各個牽引力點的吊耳均采用螺栓把合正確，嚴禁采用焊接方式。

(4)在大軸吊裝過程中，應(yīng)采用有效的措施防止內(nèi)操作管滑出。

7 結(jié)束語

采用接力換繩法與以往燈泡貫流機組的大軸吊裝相比較，其起重設(shè)備多、人力投入大，但可減少機組制造的成本。在大軸吊裝的實際操作中各手動葫蘆的配合良好，從大軸安裝完畢到吊裝到位，僅需要半天工期即可完成，滿足工程進度要求。

［1］劉瑜，王振剛.東江樞紐水輪機組大軸和軸承安裝技術(shù)［J］.人民長江，2008(10).

［2］于合春，周玉龍.大頂子山航電樞紐工程燈泡貫流式機組大軸組裝、吊裝及軸線調(diào)整工藝淺析［J］.水利水電技術(shù)，2008(12).

［3］沙錫林.貫流式水電站［M］.北京:.中國水利電力出版社，1999.