抽水蓄能電站主廠房橋式起重機(jī)主副小車結(jié)構(gòu)優(yōu)化與應(yīng)用

（安徽績(jī)溪抽水蓄能有限公司，安徽宣城 245300）

在電站機(jī)電安裝及投產(chǎn)后檢修期間均面臨大件設(shè)備吊裝頻繁的問(wèn)題，且經(jīng)常需要橋式起重機(jī)主副鉤聯(lián)合起吊。然而傳統(tǒng)橋機(jī)的主副小車為一體式結(jié)構(gòu)，主副小車間距離固定不可調(diào)，不能滿足不同尺寸的大件設(shè)備聯(lián)合起吊作業(yè)的要求。

本文介紹了安徽績(jī)溪抽水蓄能電站主副小車間距可調(diào)的橋式起重機(jī)。該橋式起重機(jī)主副小車結(jié)構(gòu)在滿足傳統(tǒng)起重小車功能的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)主副小車間距可調(diào)，保證設(shè)備吊裝時(shí)的便捷性、穩(wěn)定性和水平度；同時(shí)主副小車僅使用一套行走機(jī)構(gòu)、節(jié)省了投資。在整圈轉(zhuǎn)子磁軛吊裝時(shí)效果十分明顯，較傳統(tǒng)兩臺(tái)橋機(jī)聯(lián)合起吊節(jié)省了一臺(tái)橋機(jī)，使另一臺(tái)橋機(jī)可進(jìn)行其他起吊作業(yè)，大大提高了設(shè)備利用率。

1 主副小車結(jié)構(gòu)改進(jìn)目的及改造過(guò)程

1.1 績(jī)溪抽水蓄能電站概況

安徽績(jī)溪抽水蓄能電站（以下簡(jiǎn)稱“績(jī)溪電站”）裝機(jī)容量1 800 MW，安裝6臺(tái)300 MW立軸單級(jí)混流可逆式機(jī)組，籌建期工程于2013年6月20日開工建設(shè)，主體工程于2014年12月29日開工建設(shè)，工程動(dòng)態(tài)總投資人民幣98.88億元。

績(jī)溪電站主廠房共配備兩臺(tái)QD250/50t-23A3橋機(jī)，為雙梁?jiǎn)涡≤囯p鉤室內(nèi)用的橋式起重機(jī)，用于電站地下主廠房?jī)?nèi)6臺(tái)水泵水輪機(jī)組及其附屬設(shè)備的安檢，前期用于土建澆筑混凝土。最重起吊部件為發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子（約400 t），發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子采用二臺(tái)橋機(jī)并聯(lián)運(yùn)行并通過(guò)平衡梁起吊。

為滿足績(jī)溪電站轉(zhuǎn)子整圈磁軛現(xiàn)場(chǎng)組裝起吊的要求，同時(shí)方便現(xiàn)場(chǎng)施工及電站投產(chǎn)后的設(shè)備檢修及大件聯(lián)合起吊工作，對(duì)兩臺(tái)橋機(jī)的主副小車的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，使主副小車之間的距離可以靈活調(diào)整。

1.2 改進(jìn)目的

目前績(jī)溪電站正處于機(jī)電安裝高峰期，橋機(jī)使用頻繁，現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)常需要利用橋機(jī)對(duì)大件設(shè)備（定子機(jī)座、頂蓋、底環(huán)等）進(jìn)行起吊作業(yè)，會(huì)需用到主副鉤聯(lián)合起吊，且績(jī)溪電站的轉(zhuǎn)子磁軛采取的是整圈磁軛分段組裝的方式，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的起吊作業(yè)提出了新的要求。同時(shí)該電站安裝有6臺(tái)機(jī)組，電站投產(chǎn)后也面臨檢修強(qiáng)度大、橋機(jī)起吊工作量大等問(wèn)題，為便于電站投產(chǎn)后的設(shè)備檢修也需要對(duì)橋機(jī)的主副小車結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造優(yōu)化。

1.3 改進(jìn)要求

主要從績(jī)溪電站轉(zhuǎn)子磁軛整體吊裝、大件設(shè)備起吊、投產(chǎn)后設(shè)備檢修方便等方面考慮，進(jìn)而對(duì)電站主廠房的橋機(jī)主副鉤結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.3.1 滿足整圈磁軛吊裝要求

根據(jù)績(jī)溪電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)受力計(jì)算分析，其轉(zhuǎn)子磁軛采用了整圈分段吊裝的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)磁軛強(qiáng)度大，能夠較好地適應(yīng)績(jī)溪電站高轉(zhuǎn)速、一根軸結(jié)構(gòu)的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，而這種方式勢(shì)必會(huì)對(duì)磁軛的起吊提出新的要求。

為保證整圈磁軛的起吊水平度精度要求，績(jī)溪公司提出了以下3種解決方案：①采用汽車吊和橋機(jī)聯(lián)合起吊的方式作業(yè)；②采用主鉤輔助專用吊具起吊；③采用橋機(jī)主副鉤聯(lián)合起吊的方式來(lái)進(jìn)行吊裝作業(yè)。

經(jīng)過(guò)組織專家人員進(jìn)行論證，認(rèn)為第一種方案中所提出的汽車吊和橋機(jī)聯(lián)合作業(yè)方式存在以下問(wèn)題：①由于主廠房安裝間場(chǎng)地有限，在轉(zhuǎn)子磁軛吊裝時(shí)，汽車吊會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用安裝間場(chǎng)地，影響其他工作的開展，且汽車吊的作業(yè)影響范圍較大，增加了安全隱患的范圍。②汽車吊和橋機(jī)聯(lián)合作業(yè)時(shí)，需要兩個(gè)起重工同時(shí)作業(yè)，這勢(shì)必會(huì)存在著操作不同步的現(xiàn)象，從而增加吊裝作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)性，可能對(duì)磁軛造成損傷。另外，由于操作不同步，將不能保證起吊作業(yè)時(shí)整圈磁軛的水平度，這樣將會(huì)延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間。③多投入一輛汽車吊也會(huì)增加作業(yè)成本。

第二種方案存在以下問(wèn)題：①對(duì)于分段軸轉(zhuǎn)子支架，由于其軸向高度較低，磁軛安裝可采用鋼絲繩單點(diǎn)起吊的套裝方式。而績(jī)溪電站發(fā)電機(jī)軸為一根軸結(jié)構(gòu)，在廠房起吊高度有限的情況下，無(wú)法采用單點(diǎn)起吊，而只能采用雙點(diǎn)起吊的安裝方式。②由于轉(zhuǎn)子磁軛安裝時(shí)轉(zhuǎn)子支架的位置是固定的，這就要求磁軛起吊后能夠在周向自由旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整磁軛鍵槽的位置，若起吊點(diǎn)連接在橋機(jī)上，橋機(jī)不能旋轉(zhuǎn)，起吊中的磁軛也就無(wú)法周向旋轉(zhuǎn)。要實(shí)現(xiàn)自由旋轉(zhuǎn)，可考慮設(shè)計(jì)一種由吊架、回轉(zhuǎn)軸承等組成的專用吊具；而單點(diǎn)起吊對(duì)廠房起吊高度要求又太高。對(duì)于非一段軸結(jié)構(gòu)、廠房起吊高度充裕的電站可考慮繼續(xù)研究單吊點(diǎn)起吊的專用工具的可能性。

1.3.2 適應(yīng)于不同尺寸的大件設(shè)備聯(lián)合起吊

對(duì)于抽水蓄能電站除定子、轉(zhuǎn)子（定子及轉(zhuǎn)子因重量較大，需采用兩臺(tái)橋機(jī)聯(lián)合起吊方式）之外的定子機(jī)座、頂蓋、底環(huán)等大件設(shè)備吊裝，傳統(tǒng)起吊方式多為單鉤起吊、雙小車橋機(jī)（此處指兩個(gè)小車各自擁有獨(dú)立行走機(jī)構(gòu)的橋機(jī)）聯(lián)合起吊、傳統(tǒng)橋機(jī)的主副鉤（此處指主副鉤間距不可調(diào)的橋機(jī)）聯(lián)合起吊等。以上幾種方法有以下缺點(diǎn)：①單鉤起吊時(shí)，不能保證設(shè)備吊裝穩(wěn)定性，吊裝風(fēng)險(xiǎn)較大[1]；②雙小車橋機(jī)聯(lián)合起吊可滿足設(shè)備聯(lián)合起吊要求，而雙小車意味著需配備兩套小車行走機(jī)構(gòu)，造價(jià)較高；③傳統(tǒng)橋機(jī)的主副鉤聯(lián)合起吊，因主副鉤間距不可調(diào)，只能聯(lián)合起吊某一種尺寸的大件設(shè)備，對(duì)大件設(shè)備尺寸要求較高，對(duì)于其他尺寸的大件設(shè)備使用主副鉤聯(lián)合起吊。

為解決傳統(tǒng)大件聯(lián)合起吊的問(wèn)題，增加主廠房橋機(jī)主副鉤的利用率，績(jī)溪電站需對(duì)橋機(jī)本體的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

1.3.3 方便設(shè)備檢修

對(duì)于抽水蓄能電站設(shè)備檢修而言，一般10 t電動(dòng)葫蘆輔以50 t副鉤即可滿足檢修要求，而當(dāng)大件設(shè)備需檢修時(shí)如能主副鉤同步起吊則可大大提高檢修工作的工作效率。同時(shí)，對(duì)于大容量、多機(jī)組電站而言，進(jìn)入安裝期或檢修期后，提前投產(chǎn)發(fā)電意義重大[2]，而采用主副鉤聯(lián)合起吊可節(jié)省一臺(tái)橋機(jī)，提高橋機(jī)利用率，有利于提高進(jìn)度。

基于上述幾個(gè)方面的考慮，績(jī)溪抽水蓄能有限公司（以下簡(jiǎn)稱“績(jī)溪公司”）決定對(duì)主副鉤聯(lián)合起吊的方式進(jìn)行研究、論證，并最終決定采用該方式對(duì)橋機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)橋機(jī)主副小車的連接方式為焊接連接，一旦采用，主副鉤之間的距離則為固定值，不可調(diào)節(jié)。為保證橋機(jī)主副鉤的上下游極限位置，此種結(jié)構(gòu)下橋機(jī)主副鉤間距小于1 500 mm。由于績(jī)溪電站發(fā)電機(jī)大軸為一根軸結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)達(dá)9 817 mm，此種結(jié)構(gòu)下進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁軛組裝時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的斜拉問(wèn)題，影響橋機(jī)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不能滿足轉(zhuǎn)子整圈磁軛分段吊裝的工作要求。為滿足轉(zhuǎn)子整圈磁軛分段吊裝的要求，需要增加主副鉤之間的距離；并且為了不影響主廠房2臺(tái)250 t橋機(jī)主副鉤的上下游極限工作位置，績(jī)溪公司對(duì)主廠房2臺(tái)250 t橋機(jī)的主副小車的連接方式進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化。

經(jīng)過(guò)論證，績(jī)溪公司決定通過(guò)采用螺栓連接的方式將主副小車連接在一起。要滿足主副鉤聯(lián)合起吊的要求，勢(shì)必會(huì)涉及主副鉤間距的問(wèn)題，為此，績(jī)溪公司組織專家討論，根據(jù)轉(zhuǎn)子磁軛吊具尺寸對(duì)主副鉤間距進(jìn)行設(shè)定，進(jìn)而確定了橋機(jī)主副鉤變距（即變距小車）的方案。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化及實(shí)際應(yīng)用

2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

（1）增加了主副小車之間的連接螺栓、兩根主副小車的連接桿；連接桿兩端開有螺栓連接孔，用于其同主副小車連接，從而改變主副鉤間距，主副鉤同時(shí)在各自的小車輪中間，以保證其運(yùn)行時(shí)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（結(jié)構(gòu)見圖1）。

圖1 變距主副小車結(jié)構(gòu)

正常作業(yè)時(shí)將主副小車直接用螺栓連接在一起，這樣既可保證主副小車的穩(wěn)定性，又不會(huì)影響主副鉤的上下游極限工作位置。在需要增大主副鉤之間的水平距離時(shí)，可以通過(guò)在主副小車之間增加連桿來(lái)調(diào)整主副鉤之間的水平距離，這樣便于大件設(shè)備吊裝作業(yè)，降低了大件設(shè)備吊裝的風(fēng)險(xiǎn)，并減少了設(shè)備吊運(yùn)的時(shí)間。

（2）增加了一個(gè)聯(lián)動(dòng)控制裝置（控制流程見圖2）。在主副鉤協(xié)同作業(yè)時(shí)，被吊物件的重心會(huì)隨著主副鉤承載比例的變化而變化[3]，故需盡量保證主副鉤同步運(yùn)行。在需要主副鉤同步工作時(shí)，將副鉤的控制方式切至從動(dòng)位置，由主鉤操作手柄同時(shí)控制主副鉤，從而實(shí)現(xiàn)主副鉤同步運(yùn)行。在同步運(yùn)行時(shí)，安裝在主副鉤上的絕對(duì)值編碼器在線測(cè)量主副鉤的行程，通過(guò)PLC對(duì)絕對(duì)值編碼器的測(cè)量值進(jìn)行計(jì)算比較，輸出轉(zhuǎn)速控制信號(hào)到主副鉤的電機(jī)變頻器，從而實(shí)現(xiàn)主副鉤的同步運(yùn)行。

為滿足上述要求，績(jī)溪公司組織設(shè)計(jì)方、主機(jī)廠家、橋機(jī)廠家等各方專家對(duì)此方案進(jìn)行專題討論。經(jīng)論證，明確采用磁軛套裝采取主副鉤聯(lián)合起吊的方式，要求廠家在進(jìn)行橋機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)按照主副小車可變距方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖2 主副鉤同步流程

經(jīng)過(guò)系列論證與研究，最終確認(rèn)，橋機(jī)主副鉤正常工作時(shí)距離為1 500 mm，轉(zhuǎn)子磁軛吊裝時(shí)主副鉤距離調(diào)整為3 400 mm。同時(shí)，主副鉤聯(lián)合起吊的同步誤差不超過(guò)25 mm，聯(lián)合起吊時(shí)的升降速度不超過(guò)0.6 m/min。轉(zhuǎn)子磁軛吊裝三維圖和剖面圖見圖3和圖4。

圖3 轉(zhuǎn)子磁軛吊裝三維示意

2.2 實(shí)際應(yīng)用

2.2.1 主副鉤技術(shù)參數(shù)滿足要求

橋機(jī)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝后，績(jī)溪公司組織監(jiān)理、施工單位共同對(duì)主副鉤聯(lián)合起吊試驗(yàn)進(jìn)行了見證。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)見證，主副鉤聯(lián)合起吊的同步誤差及升降速度滿足上述要求，主副鉤距離最小為1500mm，最大為3 400 mm，符合最初要求，能滿足磁軛吊裝及轉(zhuǎn)子磁軛整圈吊裝的使用要求。

2.2.2 轉(zhuǎn)子磁軛組裝

圖4 轉(zhuǎn)子磁軛吊裝剖面示意

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，主副鉤同步運(yùn)行時(shí)其高度偏差不超過(guò)5 mm，滿足磁軛組裝要求。單臺(tái)橋機(jī)既滿足轉(zhuǎn)子磁軛整圈吊裝的使用要求，極大地縮短轉(zhuǎn)子磁軛的組裝工期，也提高了設(shè)備使用效率，避免了在磁軛安裝時(shí)同時(shí)占用兩臺(tái)橋機(jī)，使另一臺(tái)橋機(jī)可用于其他起吊作業(yè)，這在一定程度上縮短了整體工期。統(tǒng)計(jì)績(jī)溪公司1號(hào)發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛安裝時(shí)間可知，除首段磁軛調(diào)整需3 d外，其余7段磁軛安裝時(shí)可以每天驗(yàn)收1段，只需10 d即可完成轉(zhuǎn)子磁軛的現(xiàn)場(chǎng)組裝工作（不含打鍵）。轉(zhuǎn)子磁軛現(xiàn)場(chǎng)吊裝見圖5。

2.2.3 大件設(shè)備聯(lián)合起吊

相較傳統(tǒng)橋機(jī)，采用此種結(jié)構(gòu)以后，在績(jī)溪電站定子機(jī)座、頂蓋、底環(huán)等大件設(shè)備吊裝過(guò)程中優(yōu)勢(shì)明顯。在后續(xù)應(yīng)用過(guò)程中，該結(jié)構(gòu)還可根據(jù)設(shè)備尺寸不同，更換不同長(zhǎng)度的連桿，從而在保證安全、降低投資的前提下實(shí)現(xiàn)大件聯(lián)合起吊。

圖5 首段磁軛吊裝

因主副鉤額定起重量不同，績(jī)溪電站工程主鉤額定起重量為250 t，副鉤額定起重量為50 t，在進(jìn)行聯(lián)合起吊時(shí)，需嚴(yán)格遵守安全規(guī)程，每臺(tái)吊鉤的荷重均不準(zhǔn)超過(guò)其80%的額定起重量。采用主副鉤聯(lián)合起吊前，對(duì)于起吊設(shè)備的尺寸、起吊重量、鋼絲繩選取、起吊工具等需進(jìn)行校核計(jì)算，確保安全后方可進(jìn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)橋式起重機(jī)主副小車結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)主副小車可分，主副小車間距可調(diào)；同時(shí)主廠房250 t橋機(jī)的主副鉤可通過(guò)主鉤的操作手柄實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行，且同步偏差不超過(guò)5 mm。優(yōu)化成果應(yīng)用在績(jī)溪電站工程建設(shè)過(guò)程中切實(shí)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率、在一定程度上縮短了工期，直接降低了投資成本?？蓪?duì)今后在新的抽水蓄能電站建設(shè)過(guò)程中提高吊裝過(guò)程安全性、穩(wěn)定性提供參考。