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      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

      2020-06-19 08:25:10
      水利水電快報(bào) 2020年6期
      關(guān)鍵詞:橋機(jī)績(jī)溪機(jī)主

      (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。

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