淺談抽水蓄能電站利用水箱做橋機負荷試驗的方法

阿得榮

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179）

1 概述

荒溝抽水蓄能電站位于黑龍江省牡丹江市海林市三道河子鎮(zhèn)，電站在主廠房安裝2臺250 t橋式起重機。起重機在投入使用前主起升、副起升及電動葫蘆按規(guī)程規(guī)范要求均需做額定起重量的110%（275 t）動載及125%（312.5 t）靜載相關(guān)負荷試驗?？紤]到現(xiàn)場實際情況，經(jīng)過論證比對，本電站橋機負荷試驗采用了國內(nèi)首創(chuàng)的以水箱為載體的負荷進行負荷試驗。

2 承載裝置（材料）優(yōu)劣性分析

2.1 利用混凝土塊作為載荷材料

以往電站采用混凝土塊進行負荷試驗，可以滿足起重機載荷試驗，但存在著諸多問題。第一混凝土塊的制作時間，從準備到形成可使用的結(jié)構(gòu)塊，最短需要2個月的時間，大幅度的延長了試驗時間；第二制作混凝土塊需要大量的鋼筋及混凝土，材料消耗量較大；第三試驗完成后混凝土塊除起重機試驗外不能得到其它方面的利用；第四沒有合適的場地進行儲存，如果進行粉碎，嚴重的浪費了制作材料的同時也對環(huán)境造成很大的影響。

2.2 利用鋼筋作為載荷材料

小噸位的起重機可以利用鋼筋做載荷試驗，荒溝抽水蓄能電站尾閘洞內(nèi)的80 t起重機就使用了鋼筋，就地取材不僅僅節(jié)約了成本，同時還可以達到試驗的目的。對于大噸位的起重機，需要大量的鋼筋，而荒溝電站現(xiàn)場的鋼筋儲存量無法滿足試驗需用量的要求。水電站一般都建設(shè)在比較偏僻的山區(qū)，采購運輸都有著一定的局限性，且試驗場地也無法滿足大量的鋼筋擺放。

2.3 利用水袋作為承載裝置

用水袋作為承載裝置，在劉家峽擴機工程及豐滿水電站重建工程中的橋機試驗，均進行了應(yīng)用，技術(shù)及流程相對已經(jīng)成熟，但是荒溝電站為地下廠房，安裝場地到橋機限位只有12 m可利用空間，起升距離制約了水袋注水后將不能離地，必須對水袋進行結(jié)構(gòu)改造。由于廠房內(nèi)安裝的是兩臺起重機，想把載荷試驗效率最大化，需要將兩臺起重機交替進行負荷試驗，但水袋一旦注水后就不能落地，只能按倍率向內(nèi)注水，直至第一臺機試驗完成，將水袋內(nèi)的水排空，才能對第二臺機進行試驗，延長了試驗時間，且一旦發(fā)生安全隱患或者質(zhì)量問題，不能及時有效的對其卸載。

綜合以上情況，提出了使用水箱作為橋機負荷試驗荷載的試驗方案，水箱本體為鋼結(jié)構(gòu)，可現(xiàn)場進行組裝拆卸，可以根據(jù)現(xiàn)場條件（廠房結(jié)構(gòu)尺寸）進行拼裝，內(nèi)部敷設(shè)防滲水袋。同時利用了水電站最便捷也是最廉價的“水”資源優(yōu)勢，通過廠房內(nèi)已安裝好的供、排水管路將水注入水箱內(nèi)。彌補了以往的載荷材質(zhì)或者承載裝置的弊端（成本、運輸、工期及環(huán)境影響），有效的達到了縮短工期、節(jié)約材料、保護環(huán)境、降低施工成本的目的。

3 水箱的形式

水箱為可拆卸式，每個標準水箱由4個側(cè)面和1個底面以及各種連接桿組成，整體結(jié)構(gòu)為桁架式，詳見圖1。每個側(cè)面插入底面的矩形管中，用銷軸連接。水箱1和2組裝如圖2所示，因水箱作為結(jié)構(gòu)承重件不具有防滲水性能，為保證水箱不漏水，每個水箱設(shè)有3個水袋，左右對稱布置，并且在底部用管道相連，以保證每個水袋水位相同。水袋僅作防滲水作用，故提高了安全性。

圖1 單個水箱組裝完成

圖2 水箱1和2組裝

4 試驗過程

4.1 水箱組裝

荒溝蓄能電站起重機小車的吊鉤額定起重量為250 t，1.25倍靜載荷試驗為312.5 t，而每個水箱最大重量100 t（含自重），輔助吊具自重約10 t，因此載荷試驗需要3個標準水箱，水箱之間采用上、下堆積的方法通過連接板和短軸連接，具體方式見圖3。

圖3 水箱及吊具整體組裝

由于單個水箱均采用側(cè)面板插入底面板后銷軸連接的方式進行組裝，因此組裝難度不大，但一定要確保每一個銷軸均完全插入銷孔，為了確保試驗時銷軸不會因為水箱頻繁起落而脫銷，采用了在每個銷孔外焊接擋塊的方法進行優(yōu)化，然而拆除時比較費勁，建議在今后試驗時做成螺絲把合式的擋塊。單個水箱組裝完成后，一定要理順水箱里的3個水袋，即掛好隔板、連接好水袋間管道、穿好進出水管。在此過程中要注意水箱和水箱隔板與連接管接觸部位是否有高點和擠壓情況，防止充水膨脹后擠破水管。最后安裝側(cè)面板連接桿，確保水箱整體強度。

3個水箱組裝完成后進行輔助吊具的組裝，吊具梁由4根梁以及拉板、銷軸等組成，吊具的四根梁采用銷軸連接，組裝時應(yīng)注意控制吊具整體尺寸，特別是四個連接板銷孔位置，要控制在1 cm以內(nèi)，吊具梁組裝完畢后，用4根Φ120-6×36sw+IWR-1 700吊裝鋼絲繩掛在起重機的吊鉤上，將吊具梁的下端拉板，插入水箱的箱體連接孔內(nèi)，并穿入銷軸，即完成水箱與吊具的組裝。

4.2 試驗配重計算

試驗配重從橋機主鉤額定負荷的25%（62.5 t）到125%（312.5 t），考慮到三套水箱整體組裝后注水測量不方便，決定采用單個水箱注滿后再加水箱的方式進行配重，具體分配如表1。

表1

4.3 注排水方式和測量方法

4.3.1 注排水方式

荒溝抽水蓄能電站利用已安裝好的地下廠房施工供水管路作為取水管，在蓮花湖內(nèi)放置了一臺揚程為50 m的潛水泵，將水經(jīng)過進廠交通洞輸送至安裝間，而后通過消防水帶將水從水箱的進水管注入水箱內(nèi)，由于橋機負荷試驗是在冬季進行，從取水點至電站安裝間約2 000 m，溫度較低，因此每次注排水完成，必須將管路內(nèi)的存水排干凈，防止管路內(nèi)結(jié)冰堵塞。試驗過程和試驗完成后的排水也是利用該管路，只不過由于組裝后的三層水箱無法放置水泵，因此利用了設(shè)置在距離安裝間不遠的臨時滲水收集坑，即先將蓮花湖內(nèi)的潛水泵放置在該集水坑內(nèi)再將水箱排水的消防水帶引至滲水收集坑，利用水箱排水管的閥門調(diào)節(jié)進入滲水收集坑的水量，以達到抽、排水平衡，由于安裝間與交通洞口落差為70 m，因此在管路中間部位增加了1臺增壓泵，確保試驗用水的排出。

4.3.2 測量方式

由于水箱為規(guī)則的長方體，因此水箱注水量的測量采用了通過測量水箱內(nèi)水位的高度來計算的方法，比之前采用電磁流量計測量的更加精確（水箱或多或少會有滲漏水）和直觀，解決了電磁流量計突然斷電或損壞造成的負荷計算錯誤問題，然而卻存在著水箱組合后上層和中間水箱水位不易測量的問題，本次試驗采用了單個水箱注滿水后再加水箱的方式來解決。

4.4 試驗過程

將組裝好的3個水箱并排擺放在安裝間，相互間距2 m左右，用千斤頂和木墊板將三個水箱調(diào)平，每個水箱長邊方向水平不大于1 cm，短邊方向水平不大于5 mm。然后將水箱1位置做好標記，每次試驗完成，換鉤時再落回該位置。

由于每次配重均要兩臺機輪流使用，為確保鋼絲繩掛拆人員安全，在吊具梁上搭設(shè)工作平臺，用主鉤將吊具起吊至水箱1上方，并使用掛在主鉤上的兩個10 t導鏈調(diào)整吊具梁的水平，緩慢落下吊具，將四個連接板插入箱體連接孔內(nèi)（連接孔比連接板在寬度和厚度方向均大2 cm），并穿入銷軸，由于連接板上的孔的直徑比銷軸外徑大2 cm，因此安裝難度不大，但應(yīng)注意銷軸與箱體連接孔的配合較小（單邊2 mm），安裝時應(yīng)確保接觸面清潔，且由于箱體連接孔較連接板大，而連接板孔較銷軸大，因此每次換鉤后整體起吊時，水箱該部位會發(fā)出金屬碰撞聲，特別是3個水箱整體組裝后，該聲音較大，在試驗過程中，專門對該部位進行了拆解，未發(fā)現(xiàn)連接裝置有損失，因此不影響使用安全。而在試驗過程中應(yīng)重點檢查水箱連接裝置和底面板的連接部位，因為該部位受力最大，若出現(xiàn)變形或裂紋，應(yīng)第一時間停止試驗。

箱體1與吊具組裝完成后，按照試驗配重分配進行橋機負荷試驗，在此過程中嚴格按照GB 50278-2010《起重設(shè)備安裝工程施工及驗收規(guī)范》進行試驗，水箱無問題，但在加裝水箱2時發(fā)現(xiàn)雖然水箱2是水平的，但由于吊具使用鋼絲繩與主鉤連接的方式，因此水箱1有偏斜，造成四個連接板無法插入連接孔，這時使用千斤頂輕微調(diào)整水箱2的水平，并利用撬棍和水箱1的自重完成了水箱2的掛裝，水箱2注滿水后，水箱水平得到了改善，水箱3掛裝較為順利。

在橋機125%靜載負荷試驗（見圖4）和110%動載負荷試驗（見圖4）過程中，水箱整體表現(xiàn)良好，特別是在增加了主廠房巖錨梁整體試驗后，經(jīng)過六天六夜的滿負荷（不低于250 t）考驗，整個水箱和吊具未出現(xiàn)變形和裂紋（試驗后檢查），得到試驗各方的一致好評。

圖4 橋機110%、125%負荷試驗

5 技術(shù)改進

由于黑龍江荒溝抽水蓄能電站起重機利用水箱做負荷試驗在國內(nèi)尚屬首次，因此此次水箱試驗是一次大膽的探索，雖然結(jié)果是完美的，但過程中卻存在一些問題，為將該種方法更好的推廣，提出以下優(yōu)化建議：

（1）吊具梁與橋機主鉤的連接方式可進行適當?shù)母倪M，做成銷軸連接的方式，既可減少水箱的整體高度，又能提高水箱的使用安全性；

（2）在水箱側(cè)面板連接桿上固定水位尺，方便注水量的計算，負荷試驗時就可采用水箱整裝后再注水的方法進行試驗，避免了由于起吊水箱水平偏差較大，造成不易掛裝水箱的情況；

（3）水箱組裝完成后受場地平整度等其它影響，組裝后的水箱不會在同一水平面上，水作為液體流動性較大，自然而然的會向低處積存，水箱在重量不均等的情況下，起升過程中會出現(xiàn)偏斜，建議在水箱側(cè)面垂直方向上各安裝一個水平儀，注水前，先將整個水箱調(diào)整水平狀態(tài)，同時在注水過程中持續(xù)監(jiān)測水平情況，確保側(cè)面受力均勻；

（4）試驗時，在水箱中放置適量的木頭，防止動作過大時水晃動造成重心失衡。

6 結(jié)束語

通過利用水箱作為承載裝置不僅達到了試驗目的，減小了起重機負荷試驗的難度，同時拓寬了起重設(shè)備載荷試驗負荷選擇的范圍，有效解決了以往載重負荷的弊端。經(jīng)過這次的實踐，該種方法必將因其綠色環(huán)保、安全可靠的理念得到更加廣泛的推廣，同時也證明了唯有創(chuàng)新才能魚和熊掌兼得。創(chuàng)新強國，讓我們每一個生產(chǎn)者都不忘初心、牢記使命，用創(chuàng)新和實干去實現(xiàn)偉大的中國夢。