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)
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。
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
(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。
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。
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
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
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
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
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。
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。
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。