巨型水輪發(fā)電機下機架工地制造翻身工藝研究

宜曉平，付永貴，馮 濤

（東方電氣集團東方電機有限公司，四川 德陽 618000）

1 引言

隨著水電行業(yè)的發(fā)展，水輪發(fā)電機組單機容量越來越大，目前最大水輪發(fā)電機組白鶴灘水輪發(fā)電機單機容量達1 000 MW。單機容量越來越大導(dǎo)致水輪發(fā)電機組部件也越來越大，越來越重。由于運輸原因，部分大型部件已不適宜在工廠進行制造再運輸至水電站現(xiàn)場，需在水電站現(xiàn)場建設(shè)工地廠房進行生產(chǎn)制造。工地廠房條件有限，給大部件現(xiàn)場制作的一些工序帶來困難。某電站水輪發(fā)電機下機架中心體在工地進行生產(chǎn)制造，是首次水輪發(fā)電機下機架中心體在工地進行現(xiàn)場制造。下機架是水輪發(fā)電機組的核心部件。為了滿足下機架中心體焊接、質(zhì)檢等工序上操作需要，必須將下機架中心體進行翻身。由于下機架中心體尺寸大（直徑約8 000 mm），重量重（約200 t）以及現(xiàn)場制作條件有限，常規(guī)的翻身工藝無法滿足下機架中心體在工地現(xiàn)場的翻身要求。開發(fā)一種在工地現(xiàn)場有限的條件下下機架中心體的翻身工藝勢在必行。

2 下機架中心體及工地制造廠房介紹

2.1 下機架中心體

下機架中心體介紹：直徑：約8 000 mm，高：約4 000 mm，重：約200 t。

圖1 下機架中心體示意圖

2.2 工地制造廠房介紹

（1）橋機

廠房內(nèi)有橋式起重機1臺，主鉤起吊重量500 t，副鉤起吊重量32 t，主鉤開設(shè)起吊孔，穿軸后起吊重量500 t。

（2）廠房高度

工地現(xiàn)場廠房為專用廠房，臨時使用，因此相對常規(guī)重型生產(chǎn)廠房，高度低，吊鉤（起吊中心孔）下凈高：15 m,有效寬度18 m。

（3）工位

廠房內(nèi)有裝焊工位，熱處理工位等，未設(shè)下機架中心體專用翻身工位。下機架中心體翻身在裝焊工位進行。

3 下機架中心體常用翻身工藝介紹

常用的一種翻身工藝是采用吊耳進行空中翻身。翻身前，在下機架中心體對稱兩側(cè)各裝焊一組吊耳，每組2件吊耳。每組吊耳需能夠承受中心體的全部重量。主、副鉤通過鋼絲繩和卸扣與吊耳相連。翻身主要過程為：①主鉤與副鉤同時起吊，將下機架中心體吊平。②主鉤升，副鉤降，至主鉤全部承擔(dān)中心體重量。③將副鉤+鋼絲繩與吊耳拆開，并將中心體旋轉(zhuǎn)180°。④重新將副鉤+鋼絲繩與吊耳相連，并起升副鉤至中心體達水平狀態(tài)，翻身完成。

該翻身工藝不適用于巨型水輪發(fā)電機下機架中心體在工地現(xiàn)場制造時的翻身，原因如下：

（1）該翻身工藝采用對稱承重，一升一降，要求主鉤、副鉤同時承重，由于中心體約200 t，因此副鉤承重需≥100 t，而工地現(xiàn)場的副鉤起重能力僅為32 t，不能滿足翻身要求。

（2）該翻身工藝在翻身過程中，要求主鉤的兩件吊耳承受中心體的全部重量（約200 t），即單件吊耳需承重≥100 t，常規(guī)吊耳無法滿足要求且卸扣等極難安裝、拆卸。

因此，必須開發(fā)一種新的翻身工藝，以解決下機架中心體現(xiàn)場翻身要求。

4 巨型水輪發(fā)電機下機架中心體工地制造翻身工藝創(chuàng)新

由于下機架中心體特點及現(xiàn)場條件限制，常規(guī)翻身工藝無法滿足中心體的現(xiàn)場翻身。新翻身工藝需滿足以下條件：

（1）解決現(xiàn)場副鉤起重能力不足問題。

（2）翻身過程需穩(wěn)定、高效，以便提高下機架現(xiàn)場制造效率。

由于現(xiàn)場副鉤起重能力為32 t。因此，副鉤在翻身過程中只能起輔助作用。翻身過程中，主鉤承擔(dān)下機架中心體的主要重量，乃至全部重量。新翻身工藝基本思路是：

（1）主鉤承擔(dān)中心體主要重量，乃至全部重量，副鉤承受翻轉(zhuǎn)牽引力。

（2）副鉤起重能力僅為32 t，只能承受翻轉(zhuǎn)牽引力。

（3）現(xiàn)場沒有專用場地，只能采用空中翻身，翻身過程要穩(wěn)定，高效。

（4）廠房高度受限，翻身過程中，中心體離地高度，不超過1 000 mm，這也是翻身過程安全性需要。

主鉤承擔(dān)中心體主要重量，乃至全部重量，因此，主起吊點需在接近重心的位置，同時需要滿足翻轉(zhuǎn)的條件。我們設(shè)計了一種翻身工裝。該工裝主要由吊梁、翻身吊攀、鋼絲繩組成。主鉤通過插銷與吊梁連接，吊梁通過鋼絲繩與中心體上翻身吊攀連接，吊梁鋼絲繩的使用角度基本為0°，可避免翻身過程中鋼絲繩與中心體發(fā)生剮蹭。副鉤通過鋼絲繩卸扣連接中心體上吊耳。

為保證該工藝能夠順利進行，需確定以下事項：

（1）確定主鉤翻身吊攀的安裝位置：在水平方向的安裝位置：重心線偏移一定距離（L1）的位置即主鉤的起吊位置；在豎直方向上的安裝位置：吊攀應(yīng)設(shè)置在豎直方向重心位置。保證中心體翻轉(zhuǎn)90°時中心體旋轉(zhuǎn)順利和降低翻轉(zhuǎn)過程中的安全風(fēng)險。

（2）確定副鉤承重F2，須F2＜32 t；

綜合考慮中心體的形狀特征與中心體的結(jié)構(gòu)特點，便于翻身吊攀的裝配、焊接及考慮中心體在翻身吊攀處的承重。按F1×L1=F2×L2,取L1=100 mm。

圖2 中心體翻身分析示意圖

4.1 翻身工裝的制定

綜上所述，下機架中心體翻身工裝主要由翻身吊梁、翻身吊攀、鋼絲繩組成。

（1）設(shè)計翻身用吊梁，其中兩吊點尺寸為中心體外徑+吊具尺寸（580 mm），保證中心體起吊過程為豎直起吊[1]。

圖3 下機架中心體翻身用吊梁

（2）設(shè)計翻身吊攀：翻身吊攀由兩部分組成：滑輪+連接板，連接板與下機架中心體之間采用焊接方式相連，確保足夠剛性。

圖4 下機架中心體翻身用吊攀

4.2 下機架中心體重心位置計算

采用UG三維軟件對下機架中心體進行模擬，計算出質(zhì)心位置：2 035 mm。

因此，翻身吊攀裝配位置見圖5。

圖5 翻身吊攀裝焊位置

4.3 翻身工藝

下機架中心體翻身工藝：

（1）主鉤通過吊梁、鋼絲繩和翻身吊攀與下機架中心體相連，副鉤通過鋼絲繩、卸扣和吊耳與下機架相連。吊耳的裝配位置見圖6。

（2）主鉤與副鉤同時起升至一定高度（離地面約600 mm，翻身過程中中心體不與地面發(fā)生接觸即可）。

（3）主鉤升，副鉤降，至中心體旋轉(zhuǎn)90°，此時主鉤承擔(dān)中心體全部重量。

（4）拆除副鉤與中心體的連接，并將中心體旋轉(zhuǎn)180°。

（5）副鉤重新與中心體相連。

（6）副鉤升，主鉤降，至中心體達水平狀態(tài)。

（7）翻身完成。

下機架中心體翻身示意圖見圖6。

圖6 下機架中心體翻身示意圖

4.4 鋼絲繩的選擇

根據(jù)制造現(xiàn)場主鉤起吊高度：15 m，下機架中心體尺寸及重量（外徑尺寸：約8 000 mm，高：約4 000 mm，中心體重量：約200 t）和翻身流程（中心體翻身過程中不可與吊梁發(fā)生碰撞），選擇翻身用鋼絲繩為[2]：Φ92鋼絲繩6×61-1670[3]長11 m，2根。

4.5 實際翻身過程

實際翻身過程順利，在準(zhǔn)備齊全的情況下，15 min內(nèi)完成下機架中心體整個翻身過程。

5 小結(jié)

巨型水輪發(fā)電機下機架中心體采用主吊梁式偏心空中翻身工藝，完全滿足中心體現(xiàn)場翻身要求，翻身過程高效、穩(wěn)定、順利。

（1）解決了巨型水輪發(fā)電機下機架中心體在工地翻身的難題，為以后巨型水輪發(fā)電機組類似部件工地制造翻身提供借鑒；

（2）翻身過程安全、高效，在準(zhǔn)備齊全的情況下，15 min內(nèi)完成整個翻身工序；

（3）翻身為空中翻身，相比于靠地面支撐進行翻身的常規(guī)工藝，整個翻身過程不與地面產(chǎn)生接觸，翻身過程不會對中心體尺寸產(chǎn)生影響。