水電站大型橋式起重機(jī)的特點(diǎn)與選型解析

高大明 隋毅松 韓遠(yuǎn)征

（水利部杭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究所，杭州 310012）

水電站大型橋式起重機(jī)的特點(diǎn)與選型解析

高大明 隋毅松 韓遠(yuǎn)征

（水利部杭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究所，杭州 310012）

在水電站主廠房中，橋式起重機(jī)一般擔(dān)負(fù)重要設(shè)備安裝、基本運(yùn)行維護(hù)與常規(guī)檢修等任務(wù)。近些年，水電工程日益興起，橋機(jī)需求也逐步增加，且起重機(jī)整體的起重能力隨之不斷增大。本文筆者依照理論知識(shí)和實(shí)踐活動(dòng)，重點(diǎn)剖析橋式起重機(jī)，希望可為水利建設(shè)提供幫助，促進(jìn)相關(guān)研究。

水電站 大型 橋式起重機(jī) 特點(diǎn) 選型

近幾年，國(guó)民經(jīng)濟(jì)日益提高，科學(xué)技術(shù)全面進(jìn)步，企業(yè)也愈發(fā)重視橋式起重機(jī)。對(duì)橋式起重機(jī)而言，如何在輕量化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)下，增強(qiáng)安全性，提升動(dòng)態(tài)品質(zhì)，達(dá)到工作效率與安全性能的統(tǒng)一均衡亟待攻克。本文首先介紹橋式起重機(jī)的基本特點(diǎn)，然后對(duì)單小車橋機(jī)和雙小車橋機(jī)進(jìn)行對(duì)比，最后探討參數(shù)與功能配置問題。

1 橋式起重機(jī)的基本特點(diǎn)

在水電站中，橋式起重機(jī)飾演著電站建設(shè)過程發(fā)電機(jī)組內(nèi)部重要設(shè)備的吊裝和發(fā)電運(yùn)行正式使用后的檢修吊裝。一般具有下述特點(diǎn)。

1.1 起重量顯著

發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子通常在完成工位整體組裝工作后整體調(diào)運(yùn)到機(jī)位安裝，其中轉(zhuǎn)子的體積和質(zhì)量均較大，決定起重機(jī)自身的額定起重量也較為顯著。

1.2 起升速度不高

大規(guī)模發(fā)電機(jī)組設(shè)備對(duì)應(yīng)的吊裝一般應(yīng)準(zhǔn)確合理。為此，每一個(gè)機(jī)構(gòu)應(yīng)保證可在低速條件下有序運(yùn)行。

1.3 起升行程大

通常，大型水電站內(nèi)部的橋式起重機(jī)對(duì)應(yīng)的起升高度應(yīng)保證超出30m。在重型設(shè)備環(huán)節(jié)，主要控制在低速條件下運(yùn)行，而整個(gè)起升行程近乎需要30min。因此，起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)應(yīng)依據(jù)短時(shí)額定負(fù)荷來挑選。

1.4 工作級(jí)別不高

電站建設(shè)環(huán)節(jié)起吊的額定載荷為發(fā)電子轉(zhuǎn)子，而起吊次數(shù)和發(fā)電機(jī)組數(shù)量相同，起吊的剩余部件均低于額定起重量。待水電站正式發(fā)電運(yùn)行后，則起重機(jī)僅僅承擔(dān)檢修吊裝這一任務(wù)，等同于處在閑置狀態(tài)。

2 單小車橋機(jī)和雙小車橋機(jī)對(duì)比

例如，300t單小車橋機(jī)和150t+150t這種雙小車橋機(jī)，筆者將從軌道上平面到吊具中心大小、設(shè)備自重等角度展開對(duì)比。

其一，軌道上平面到起重機(jī)吊具中心大小的比較。其中，單小車橋機(jī)要求兩臺(tái)起重機(jī)一起并車聯(lián)合抬吊，而其他部件通過一臺(tái)起重機(jī)來吊裝，無需應(yīng)用平衡梁。若1臺(tái)單小車橋機(jī)僅僅單獨(dú)工作，則吊具中心到大車軌道平面之間的距離是1.2m。若兩臺(tái)單小車起重機(jī)通過并車大平衡梁對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行吊裝操作，則軌道上平面至大平衡梁下平面的距離是3.5m。而對(duì)于雙小車橋機(jī)，若一臺(tái)雙小車橋機(jī)內(nèi)部的一個(gè)小車僅單獨(dú)工作，則吊具中心到打車軌道平面之間的距離是0.5m。當(dāng)單臺(tái)起重機(jī)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)小車并車一起來抬吊發(fā)電機(jī)，則小平衡梁自身下平面到起重機(jī)軌道內(nèi)部上平面之間的距離是1.3m。

其二，安全穩(wěn)定性比較。在單小車橋機(jī)中，各臺(tái)起重機(jī)中只有1個(gè)小車、1套起升機(jī)構(gòu)與小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。它的零部件不多，故障低發(fā)，便于檢修維護(hù)。當(dāng)起吊轉(zhuǎn)子時(shí)，僅僅通過1個(gè)大平衡梁便可完成。在并車操作過程中，2臺(tái)起重機(jī)有2個(gè)吊點(diǎn)，且控制點(diǎn)較少，便于確保達(dá)平衡梁兩側(cè)對(duì)應(yīng)的水平高低差。

另外，單小車橋機(jī)因每臺(tái)起重機(jī)上只存在一個(gè)主起升機(jī)構(gòu)，所以能夠選取通過雙電機(jī)來驅(qū)使1個(gè)行星減速器這一方案。若1個(gè)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障后，則對(duì)應(yīng)的制動(dòng)器便出現(xiàn)抱閘操作。另一個(gè)電動(dòng)機(jī)能夠繼續(xù)工作，同時(shí)可確保按照0.5額定速度穩(wěn)步工作，進(jìn)而滿足當(dāng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障問題時(shí)，則另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)把吊運(yùn)設(shè)備合理放回原地，并能繼續(xù)開展吊裝工作。當(dāng)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)均穩(wěn)步工作時(shí)，閉合某一個(gè)電動(dòng)機(jī)，能把起升速度減小到一半，讓起升機(jī)自身的調(diào)速范圍擴(kuò)大到1倍。當(dāng)處于額定載荷條件時(shí)，實(shí)現(xiàn)1:20無線調(diào)速。利用該方案能夠增加起升機(jī)構(gòu)的有效性，強(qiáng)化使用性能，比較適合應(yīng)用在安全標(biāo)準(zhǔn)高、電站廠房使用少的起重機(jī)中。

其三，軌道上平面到起重機(jī)至高點(diǎn)大小的比較。在單小車橋機(jī)中，因每個(gè)小車自身的起重量偏大，其與雙小車起重機(jī)內(nèi)部小車起重量相比呈現(xiàn)兩倍關(guān)系。由此可知，小車的高度偏大，若起重機(jī)至小車軌道上平面近乎相同，則單小車起重機(jī)內(nèi)部大車軌道平面至起重機(jī)至高點(diǎn)的距離較大，而這兩種橋機(jī)所差高度達(dá)到了800mm左右。

其四，設(shè)備自重比較。雙小車橋機(jī)由于大件轉(zhuǎn)子和定子通過兩個(gè)小車并車來完成抬吊，其主梁引發(fā)的彎矩低于一臺(tái)小車獨(dú)立吊裝所引發(fā)的彎矩，主梁截面較小，且重量不大。因雙小車橋機(jī)和單小車橋機(jī)相比多出小平衡梁，所以這兩種形式對(duì)應(yīng)的起重機(jī)重量近乎相同。

綜上所述，300t單小車橋機(jī)和150t+150t雙小車橋機(jī)具備不同的特點(diǎn)。在具體的橋式起重機(jī)選擇時(shí)，需要結(jié)合水電站的具體的施工條件和成本情況，選擇適宜的橋式起重機(jī)形式，以達(dá)到降低成本和保證安裝效率的目的。以某水電站的橋式起重機(jī)選擇為例，本工程采用的雙排布置方案，且需要在滿足需求的基礎(chǔ)上，降低廠房高度，并在本工程中對(duì)橋式起重機(jī)過跨技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。因此，綜合所有因素，該工程主要選擇150t+150t雙小車橋機(jī)。

3 參數(shù)配置

3.1 工作級(jí)別

起重機(jī)在安裝期存在較大的使用率，而在電站正式建成后使用頻率則顯著降低，工作級(jí)別需列至輕級(jí)。利用等級(jí)，通常選擇T1-T4。若廠房機(jī)組不多，則選擇T1-T2；若較多，則選擇T3-T1。其中，起重機(jī)自身的起重量和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)的重量密切相關(guān)。然而，所起吊載荷通常小于額定起重量。機(jī)構(gòu)自身的載荷狀態(tài)通常是L1-L2，若廠房中機(jī)組數(shù)量不多，則機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)選擇L1；若機(jī)組數(shù)量偏多，則載荷狀態(tài)便可選擇L2。

3.2 工作速度

主起升機(jī)構(gòu)主要依據(jù)重載低速和輕載高速進(jìn)行配置。對(duì)于重載工作區(qū)實(shí)際吊設(shè)的載荷一般是轉(zhuǎn)子和變壓器等。為實(shí)現(xiàn)上述部件的科學(xué)吊裝，不建議使用顯著速度。而主起升機(jī)構(gòu)自身的重載速度通常設(shè)置在2m/min左右。由于小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)行程不大且速度取值相對(duì)較低，通常將其設(shè)定在10m/min左右。而大車運(yùn)行速度通常設(shè)置在20m/min左右，若速度設(shè)置偏大，則將提高電機(jī)功率與運(yùn)行維護(hù)經(jīng)費(fèi)。

4 功能配置

4.1 安全制動(dòng)器

安全制動(dòng)器主要布設(shè)在傳送鏈末端對(duì)應(yīng)的卷筒法蘭中。待檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈特定環(huán)節(jié)存在故障，則控制系統(tǒng)能夠馬上調(diào)節(jié)安全制動(dòng)器，使其抱閘，進(jìn)而不會(huì)因意外出現(xiàn)墜落。同時(shí)，安全制動(dòng)器屬于起升機(jī)構(gòu)的末尾安全防線，能夠增強(qiáng)安全可靠性，主要被應(yīng)用在核電站起重機(jī)與大體積鑄造起重機(jī)中。另外，它的安裝在某種程度上會(huì)加大整機(jī)的難度。水電站起重機(jī)由于工作不是十分頻繁，只要合理加強(qiáng)傳動(dòng)鏈零部件對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度，則無需裝設(shè)安全制動(dòng)器。

4.2 副起升機(jī)構(gòu)

大型水電站的廠房通常配備起吊轉(zhuǎn)子和定子等超大規(guī)模的大型橋機(jī)與中小型橋機(jī)。其中，大型橋機(jī)通常無需設(shè)置副起升機(jī)構(gòu)，通過主機(jī)機(jī)構(gòu)聲速來取代，以此控制整機(jī)的寬度大小以及自重。主鉤聲速不僅能變頻調(diào)速，而且也能在減速器中經(jīng)由手柄轉(zhuǎn)換調(diào)整減速器內(nèi)部的傳動(dòng)比。如果要求吊裝揚(yáng)高40m左右的物件，且該部件超出主鉤揚(yáng)高范圍，則此部件中間一般不大，能夠面向一側(cè)主梁增設(shè)一個(gè)電動(dòng)葫蘆實(shí)現(xiàn)。

4.3 調(diào)速系統(tǒng)

水電站橋機(jī)的基本任務(wù)是發(fā)電機(jī)組的組裝與檢修，確保安裝定位合理，各擋位速度平穩(wěn)，適用變頻調(diào)速。由于各機(jī)構(gòu)自身工作速度設(shè)置偏低且電機(jī)功率不突出，應(yīng)用變頻調(diào)速較為經(jīng)濟(jì)。

公用直流母線與能量回饋是當(dāng)下最高端的調(diào)速系統(tǒng)，十分適合應(yīng)用在調(diào)速比大的起重機(jī)中。它的調(diào)速性能優(yōu)良，無需電阻器，能夠節(jié)省安裝空間，減小使用能耗。

4.4 故障檢測(cè)和顯示系統(tǒng)

面向司機(jī)室中上位計(jì)算機(jī)安裝橋機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與故障檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)γ恳环N運(yùn)行與保護(hù)信息實(shí)施全面顯示。同時(shí)，在安裝調(diào)試環(huán)節(jié)與試運(yùn)行過程，電氣部分總會(huì)出現(xiàn)部分小故障。該功能設(shè)置能夠顯示故障的實(shí)際位置與具體原因，控制查找范圍，減小排故時(shí)間。

4.5 三維顯示系統(tǒng)

在起重機(jī)中，面向運(yùn)行機(jī)構(gòu)與主小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)配備可靠的二維定位系統(tǒng)，并在起升機(jī)構(gòu)中配備高度顯示系統(tǒng)，能夠依據(jù)提早設(shè)定位置規(guī)范開展吊裝作業(yè)，完成自動(dòng)定位，增加自動(dòng)化程度。若參照點(diǎn)選取合理，則顯示精度能夠達(dá)到±2mm左右，其定位精度能夠達(dá)到±10mm左右。

4.6 動(dòng)態(tài)檢測(cè)與監(jiān)控系統(tǒng)

水電站所用大型橋機(jī)為檢測(cè)起重機(jī)橋架自身的承載能力，能夠通過主梁強(qiáng)度和剛度動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)計(jì)算小車在哪一個(gè)位置時(shí)設(shè)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值與下?lián)现?，同時(shí)進(jìn)行綜合對(duì)比。通過小荷載試驗(yàn)值面向計(jì)算值展開驗(yàn)證與調(diào)整，進(jìn)而明確起吊額定載荷環(huán)節(jié)主梁極限應(yīng)力與下?lián)?，以此檢測(cè)主梁的基本強(qiáng)度與剛度。待起重機(jī)穩(wěn)步運(yùn)行時(shí)，操作人員能夠在工業(yè)控制機(jī)中全面觀察主梁的具體應(yīng)力與下?lián)现?。另外，該套裝置還具備達(dá)標(biāo)前告誡與斷電功能，有利于安全使用。

5 結(jié)語

綜上可知，近幾年，橋式起重機(jī)的社會(huì)作用愈發(fā)突顯，同時(shí)也對(duì)其動(dòng)態(tài)特性提出了更高需求。而橋式起重機(jī)探索是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，應(yīng)加大投入力度，積極探索，明確起重機(jī)的基本特點(diǎn)，掌握選型技巧，進(jìn)而不斷完善橋式起重機(jī)，使其更好地服務(wù)于水利項(xiàng)目，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展。

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Characteristics and Lectotype Analysis of Large Bridge Crane in Hydropower Station

GAO Daming, SUI Yisong, HAN Yuanzheng
(Hangzhou Institute of mechanical design, Ministry of water resources, Zhejiang 310012)

in the main plant of hydropower station, bridge crane is generally responsible for the installation of important equipment, basic operation and maintenance and routine maintenance tasks. In recent years, hydropower projects are rising, at the same time, the demand for bridge crane is gradually increasing, and the crane's overall lifting capacity is increasing. In this paper, the author will be based on theoretical knowledge and practical activities, focusing on the analysis of bridge crane, hoping to help water conservancy construction, and promote related research.

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