王 龍，李博偉，劉慧鳳，張軍智，任 巖

(1.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安 710065;2.廣東省源天工程公司，廣州增城 511340;3.華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 410002)

1 前 言

真納水電站位于巴基斯坦Punjab省Mianwali地區(qū)Kalabagh鎮(zhèn)下游約5km處的真納攔河閘的右岸，利用真納攔河閘形成的水位落差，開(kāi)挖明渠引水，修建廠(chǎng)房發(fā)電。樞紐工程由引水渠、廠(chǎng)房、尾水渠和開(kāi)關(guān)站等組成。電站安裝8×12 MW豎井貫流式水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組，電站主要任務(wù)是發(fā)電，多年平均發(fā)電量6.07億kW·h。

豎井貫流式水輪發(fā)電機(jī)組是開(kāi)發(fā)超低水頭水力資源的良好機(jī)型，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為將發(fā)電機(jī)布在水輪機(jī)上游側(cè)的一個(gè)金屬殼體或混凝土豎井中，發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)通過(guò)行星齒輪增速裝置相連接。該機(jī)組除具有一般貫流式水輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)外，因發(fā)電機(jī)和增速裝置布置在開(kāi)敞的豎井內(nèi)，通風(fēng)、防潮條件良好，運(yùn)行和維護(hù)方便。本文結(jié)合真納水電站機(jī)組實(shí)際特點(diǎn)，論述采用接力換繩方案對(duì)機(jī)組大軸進(jìn)行吊裝。盡管施工難度稍有增加，但該方案以數(shù)個(gè)手動(dòng)葫蘆替代大軸吊裝專(zhuān)用移動(dòng)工具，減少了機(jī)組制造的成本。在大軸吊裝的實(shí)際操作中各手動(dòng)葫蘆的配合良好，從大軸安裝完畢到吊裝到位，僅需要半天即可完成，吊裝過(guò)程滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)程規(guī)范，滿(mǎn)足工程進(jìn)度上的要求。

2 水輪機(jī)、大軸、橋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.1 水輪機(jī)

型號(hào) GZ(1157)－WS－650

額定水頭 4.8m

最大水頭 6.2 m

最小水頭 3.2 m

額定功率 12.8MW

額定轉(zhuǎn)速 72.67r/min

轉(zhuǎn)輪直徑 6.5m

2.2 大軸

重量 22.1t

外形尺寸 5 600mm×φ800mm

2.3 橋機(jī)

型號(hào) 125/32/10t，Lk=18.5m

起重機(jī)跨度 18.5m

主鉤起重量 125t

副鉤起重量 32t

主鉤起升高度 26m

副鉤起升高度 36m

主鉤起升速度 0.1～1 m/min

副鉤起升速度 0.5～5 m/min

3 方案論證分析

按照以往臥式水輪機(jī)大軸吊裝慣例，大軸采用橋機(jī)主鉤配合移動(dòng)裝置(移動(dòng)臺(tái)車(chē)或者吊裝工具車(chē)輪)進(jìn)行吊裝。吊裝流程大體如下:大軸吊入機(jī)坑前，在安裝間試吊，保持水平狀態(tài)后吊入機(jī)坑內(nèi)再慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)45°或者90°，使之順?biāo)鞣较?，找正位置，下落大軸，使水導(dǎo)軸承殼的承重面落于臺(tái)車(chē)上或者使大軸吊裝工具支架滾輪落在導(dǎo)軌上;松掉橋機(jī)主鉤鋼絲繩，分別用預(yù)先設(shè)置在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)內(nèi)環(huán)下游側(cè)±X方向處的手動(dòng)葫蘆和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)外環(huán)下游側(cè)±X方向處的手動(dòng)葫蘆牽引大軸向下游移動(dòng)，直到大軸就位為止;分別將組合軸承支撐環(huán)與座環(huán)上游側(cè)法蘭面、水導(dǎo)軸承與內(nèi)配水環(huán)法蘭板把合，等軸線(xiàn)調(diào)整后，再分別打定位銷(xiāo)。

真納水電站機(jī)組型式為豎井貫流式，為了減少機(jī)組造價(jià)，廠(chǎng)家在大軸設(shè)計(jì)中取消了常規(guī)貫流式機(jī)組設(shè)置的大軸吊裝移動(dòng)裝置。在主機(jī)廠(chǎng)提供的吊裝方案中，僅利用3個(gè)20t手動(dòng)葫蘆接力配合大軸頂起工具(見(jiàn)圖1)將大軸吊入就位。筆者認(rèn)為，上述方案很難滿(mǎn)足本電站大軸吊裝的要求。首先，大軸吊入豎井以及管型座內(nèi)，為了使大軸往下游移動(dòng)，需要在管型座內(nèi)部±X合適位置設(shè)置1個(gè)提供牽引力的手動(dòng)葫蘆。另外，貫流式機(jī)組的特殊結(jié)構(gòu)(豎井和管型座上部支撐之混凝土實(shí)體)阻斷了橋機(jī)吊裝大軸的行進(jìn)路線(xiàn)。因此，在大軸進(jìn)入豎井并往下游(水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪方向)移動(dòng)過(guò)程中，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)內(nèi)配水環(huán)上游側(cè)、下游側(cè)以及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)外配水環(huán)下游側(cè)各需要配置一個(gè)手動(dòng)葫蘆以備大軸下移過(guò)程中橋機(jī)主、副鉤換繩之用(見(jiàn)圖1)。這樣總計(jì)至少需要6個(gè)手動(dòng)葫蘆。主機(jī)廠(chǎng)提供吊裝方案中手動(dòng)葫蘆數(shù)量不夠，大軸吊裝的安全系數(shù)較低。其次，真納水電站裝機(jī)共8臺(tái)，安裝強(qiáng)度比較大，采用3個(gè)電動(dòng)葫蘆吊裝方案會(huì)造成整個(gè)安裝進(jìn)度滯后，影響工程進(jìn)度。本文結(jié)合廠(chǎng)家設(shè)計(jì)吊裝方案并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用接力換繩方法將大軸吊裝就位。該方法與以往燈泡貫流機(jī)組的大軸吊裝比較，雖起重設(shè)備多、人力投入大，但減少了機(jī)組制造的成本。

4 大軸接力換繩吊裝步驟

4.1 大軸吊裝條件及準(zhǔn)備工作

圖1 吊點(diǎn)布置

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝完畢后，裝配大軸，水導(dǎo)軸承瓦，安裝大軸上、下游兩側(cè)及重心位置吊裝工具。承重支座要求良好的水平度及足夠的剛度。在豎井基礎(chǔ)上游側(cè)上部混凝土中的預(yù)埋墊板上焊接厚度為60mm拉環(huán)(其結(jié)構(gòu)形式同下述管型座上游側(cè)吊耳)，并記做牽引力點(diǎn)⑷，使用1個(gè)10t手動(dòng)葫蘆配合1個(gè)12t卸扣及1條規(guī)格為φ16mm×16m的鋼絲繩連接在大軸上游側(cè)法蘭面，用作平衡大軸吊裝過(guò)程中下游方向牽引力。與牽引力點(diǎn)(4)連接的手動(dòng)葫蘆記做手動(dòng)葫蘆4。管型座上游側(cè)面+Y方向用螺栓把合1只厚度為60mm的吊耳，此吊耳記做牽引力點(diǎn)(5)，吊耳上配合1個(gè)25t卸扣，卸扣連接1個(gè)20t手動(dòng)葫蘆和繩頭，用做臨時(shí)吊點(diǎn)。牽引力點(diǎn)(5)上連接的手動(dòng)葫蘆記做手動(dòng)葫蘆5。豎井內(nèi)部布置一個(gè)臨時(shí)支撐架，支撐架配合30t千斤頂以備吊裝過(guò)程中副鉤與臨時(shí)吊點(diǎn)的換繩之用。

管形座內(nèi)部進(jìn)人井下方螺栓把合1只厚度為60mm的吊耳，此吊耳記做牽引力點(diǎn)(2)，吊耳上配合1個(gè)25t卸扣，卸扣連接1個(gè)20t手動(dòng)葫蘆和繩頭，用做臨時(shí)吊點(diǎn)。與牽引力點(diǎn)(2)連接的手動(dòng)葫蘆記做手動(dòng)葫蘆2。內(nèi)導(dǎo)環(huán)下游側(cè)+Y方向處利用1個(gè)25t卸扣連接1個(gè)20t手動(dòng)葫蘆和繩頭，用做臨時(shí)吊點(diǎn)，此吊點(diǎn)記做牽引力點(diǎn)(3)。與牽引力點(diǎn)(3)連接的手動(dòng)葫蘆記做手動(dòng)葫蘆3。外導(dǎo)環(huán)下游側(cè)+Y方向處利用1個(gè)25t卸扣安裝1個(gè)20t手動(dòng)葫蘆和繩頭，用做臨時(shí)吊點(diǎn)，此吊點(diǎn)記做牽引力點(diǎn)(1)。與牽引力點(diǎn)(1)連接的手動(dòng)葫蘆記做手動(dòng)葫蘆1。內(nèi)導(dǎo)環(huán)中間肋板孔±X方向處分別利用2個(gè)10t卸扣連接2個(gè)5t手動(dòng)葫蘆和繩頭，用做臨時(shí)吊點(diǎn)，此處吊點(diǎn)記做牽引力點(diǎn)(6)。與牽引力點(diǎn)(6)連接的手動(dòng)葫蘆記做手動(dòng)葫蘆6。其中各個(gè)吊耳、吊點(diǎn)的序號(hào)(1)～(7)與其上連接的手動(dòng)葫蘆1～7一一對(duì)應(yīng)，具體位置見(jiàn)圖1。

4.2 橋機(jī)主副鉤吊裝大軸

橋機(jī)主、副鉤就位，橋機(jī)主鉤懸掛1條φ36mm×16m鋼絲繩，鋼絲繩分兩股連接于大軸上游側(cè)吊耳。橋機(jī)副鉤上分別懸掛1條φ36mm×16m鋼絲繩、1條φ24mm×8m鋼絲繩及1個(gè)10t手動(dòng)葫蘆，副鉤記做牽引力點(diǎn)(7)。牽引力點(diǎn)(7)處連接的手動(dòng)葫蘆記做手動(dòng)葫蘆7。副鉤上懸掛的φ36mm鋼絲繩連接在大軸中心位置側(cè)的吊具，副鉤上懸掛的φ24mm鋼絲繩和10t手動(dòng)葫蘆7則連接大軸下游側(cè)的吊具。在安裝間對(duì)大軸進(jìn)行起吊前的水平調(diào)整，調(diào)整水平后將大軸吊入機(jī)坑并下降至機(jī)組中心線(xiàn)，運(yùn)行橋機(jī)小車(chē)，將大軸向下游移動(dòng)少許。

4.3 大軸中心吊具進(jìn)入管型座前、后接力換繩及大軸下移

將手動(dòng)葫蘆4連接在大軸上游側(cè)法蘭面螺栓孔上。手動(dòng)葫蘆2、手動(dòng)葫蘆6及手動(dòng)葫蘆5分別連接在大軸下游側(cè)法蘭面螺栓孔上。手動(dòng)葫蘆4、手動(dòng)葫蘆5及手動(dòng)葫蘆2逐漸抽緊，副鉤上手動(dòng)葫蘆7逐漸放松直至松掉①。利用手動(dòng)葫蘆6抽緊、手動(dòng)葫蘆4放松使大軸逐漸下移。當(dāng)副鉤逐漸靠近豎井頂端下游側(cè)混凝土邊壁，利用支墩處設(shè)置的50t千斤頂(見(jiàn)圖1)作支撐，將手動(dòng)葫蘆5連接在重心吊具處，并且逐漸拉緊，而副鉤逐漸松掉②。

利用手動(dòng)葫蘆4的放松和手動(dòng)葫蘆6、手動(dòng)葫蘆2的抽緊使大軸逐漸下移。當(dāng)中心吊具進(jìn)入管型座前，利用支撐座處16t千斤頂作支撐，逐漸將手動(dòng)葫蘆5松掉③，使大軸繼續(xù)下移少許。

當(dāng)中心吊具進(jìn)入管型座內(nèi)部后，而此時(shí)主鉤并未靠近豎井頂端下游混凝土邊壁，副鉤從管型座豎井內(nèi)放下，并連接大軸中心位置側(cè)的吊具、已松掉的手動(dòng)葫蘆5后懸掛在大軸上游側(cè)吊具上并拉緊，主鉤逐漸松鉤直到松掉④。

將手動(dòng)葫蘆6連接點(diǎn)從大軸下游側(cè)法蘭面螺栓孔更換到大軸重心吊具上，利用手動(dòng)葫蘆6抽緊、手動(dòng)葫蘆4放松，各受力葫蘆相應(yīng)配合使大軸逐漸下移。

4.4 副鉤靠近管型座下游側(cè)扶梯后接力換繩及大軸下移

利用支撐座處16t千斤頂作支撐，將手動(dòng)葫蘆3連接在大軸下游側(cè)吊具上并逐漸抽緊，將手動(dòng)葫蘆2從大軸下游側(cè)法蘭面上逐漸松掉，松掉后的手動(dòng)葫蘆2連接在大軸重心吊具上，并逐漸抽緊。副鉤逐漸松鉤直到完全松掉⑤。

利用手動(dòng)葫蘆6抽緊、手動(dòng)葫蘆4放松，各受力葫蘆相應(yīng)配合使大軸逐漸下移。

4.5 大軸下游側(cè)吊具抵達(dá)內(nèi)導(dǎo)環(huán)下游面接力換繩及大軸下移

將手動(dòng)葫蘆1連接在下游側(cè)吊具上并逐漸抽緊，而手動(dòng)葫蘆3逐漸放松直到無(wú)力⑥。將手動(dòng)葫蘆3連接在重心吊具上并逐漸抽緊，而手動(dòng)葫蘆2逐漸放松直到松掉⑦，放松后的手動(dòng)葫蘆2連接在大軸上游側(cè)的吊具上并逐漸抽緊。手動(dòng)葫蘆5逐漸放松⑧，手動(dòng)葫蘆4逐漸抽緊。

拉緊下游側(cè)手動(dòng)葫蘆6，逐漸松開(kāi)手動(dòng)葫蘆4，其他葫蘆相應(yīng)配合使大軸向下游側(cè)走，直到整個(gè)大軸整體到位。

注:文中①～⑧為大軸吊裝過(guò)程中接力換繩施工節(jié)點(diǎn)。

4.6 手動(dòng)葫蘆、吊具的移除

將水導(dǎo)軸承座下方連接板與內(nèi)導(dǎo)環(huán)水導(dǎo)支撐座利用定位銷(xiāo)釘固定，大軸頂起工具將大軸逐漸頂起并逐漸受力，將各個(gè)葫蘆按照位置由上游至下游方向逐漸松開(kāi)，確認(rèn)大軸穩(wěn)固后后便可悉數(shù)松掉。待軸線(xiàn)調(diào)整驗(yàn)收合格、增速器就位調(diào)整完畢，隨后拆除安裝用吊具。

5 吊裝用具及計(jì)算

5.1 受力計(jì)算(吊耳、螺栓材質(zhì)為Q235)

(1)吊物總重為0.221×103kN(25t)，主鉤吊裝繩受力(φ36mm)為 F1max=0.221×103kN(＜25t)，副鉤吊裝繩受力(φ24mm)F2max=0.221×103kN(＜25t)，起吊時(shí)主鉤 F1=0.082×103kN、副鉤 F2=0.165×103kN、手動(dòng)葫蘆F3=0.165×103kN。

(2)管型座上游側(cè)吊耳強(qiáng)度計(jì)算:因?yàn)閾Q鉤頻繁，因此按最大受力考慮。寬度300mm，內(nèi)徑為110mm，厚度為60mm，τmax=4.83 MPa＜［τ］=235 MPa。

(3)大軸重心位置吊具強(qiáng)度計(jì)算:因?yàn)閾Q鉤頻繁，因此按最大受力考慮。吊柱直徑為120 mm，長(zhǎng)為145mm，τmax=21.68 MPa＜［τ］=235 MPa。

(4)管型座下游側(cè)吊耳強(qiáng)度計(jì)算:因?yàn)閾Q鉤頻繁，因此按最大受力考慮。寬度100mm，內(nèi)徑為60mm，厚度為 40mm，τmax=61.3 MPa＜［τ］=235 MPa。

(5)連接螺栓強(qiáng)度計(jì)算:管型座上游吊耳側(cè)螺栓為2個(gè)M72螺栓，取受力直徑為66mm。螺栓剪力 τmax=17.90 MPa ＜［τ］=235 MPa。大軸重心處吊具6個(gè)M42螺栓，螺栓拉應(yīng)力τmax=23.20 MPa＜［τ］=235 MPa。下游吊耳側(cè)螺栓為2個(gè)M36螺栓，取受力直徑為 30mm。螺栓剪力 τmax=136.11MPa ＜［τ］=235 MPa。

5.2 吊裝設(shè)備

鋼絲繩 φ36mm×16m一對(duì)、φ24mm×8m一條、φ16mm×16m一條，10m麻繩2條;25t卸扣4只、12t卸扣3只，6.5t卸扣2只;20t手動(dòng)葫蘆4只、10t手動(dòng)葫蘆3只、5t手動(dòng)葫蘆2只、2t手動(dòng)葫蘆1只;30t千斤頂1個(gè)、16t千斤頂2個(gè);大于20t起吊繩頭若干。

6 大軸接力換繩吊裝的注意事項(xiàng)

(1)發(fā)電機(jī)豎井開(kāi)口上下游長(zhǎng)度(6 015mm)大于含吊裝工具機(jī)組大軸長(zhǎng)度(5 050mm)，因此，與常規(guī)貫流式機(jī)組大軸吊入發(fā)電機(jī)豎井需要旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)45°或者90°不同，豎井貫流式機(jī)組大軸在安裝間試吊之后直接調(diào)節(jié)大軸軸線(xiàn)為順?biāo)鞣较?，然后直接吊入發(fā)電機(jī)豎井內(nèi)。

(2)在大軸吊入發(fā)電機(jī)豎井內(nèi)部并往下游移動(dòng)過(guò)程中，各個(gè)接力換繩先后順序必須正確，以免在大軸吊裝過(guò)程出現(xiàn)事故。

(3)為了增速器連接法蘭與管型座上游側(cè)法蘭、大軸卡位工具與管型座下游側(cè)法蘭、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)內(nèi)水導(dǎo)環(huán)下游側(cè)法蘭與轉(zhuǎn)輪以及管型座外導(dǎo)水環(huán)法蘭與轉(zhuǎn)輪室法蘭之間把合正確，圖1中(1)、(2)、(3)、(5)各個(gè)牽引力點(diǎn)的吊耳均采用螺栓把合正確，嚴(yán)禁采用焊接方式。

(4)在大軸吊裝過(guò)程中，應(yīng)采用有效的措施防止內(nèi)操作管滑出。

7 結(jié)束語(yǔ)

采用接力換繩法與以往燈泡貫流機(jī)組的大軸吊裝相比較，其起重設(shè)備多、人力投入大，但可減少機(jī)組制造的成本。在大軸吊裝的實(shí)際操作中各手動(dòng)葫蘆的配合良好，從大軸安裝完畢到吊裝到位，僅需要半天工期即可完成，滿(mǎn)足工程進(jìn)度要求。

［1］劉瑜，王振剛.東江樞紐水輪機(jī)組大軸和軸承安裝技術(shù)［J］.人民長(zhǎng)江，2008(10).

［2］于合春，周玉龍.大頂子山航電樞紐工程燈泡貫流式機(jī)組大軸組裝、吊裝及軸線(xiàn)調(diào)整工藝淺析［J］.水利水電技術(shù)，2008(12).

［3］沙錫林.貫流式水電站［M］.北京:.中國(guó)水利電力出版社，1999.