高大明 隋毅松 韓遠征

（水利部杭州機械設(shè)計研究所，杭州 310012）

水電站大型橋式起重機的特點與選型解析

高大明 隋毅松 韓遠征

（水利部杭州機械設(shè)計研究所，杭州 310012）

在水電站主廠房中，橋式起重機一般擔(dān)負重要設(shè)備安裝、基本運行維護與常規(guī)檢修等任務(wù)。近些年，水電工程日益興起，橋機需求也逐步增加，且起重機整體的起重能力隨之不斷增大。本文筆者依照理論知識和實踐活動，重點剖析橋式起重機，希望可為水利建設(shè)提供幫助，促進相關(guān)研究。

水電站 大型 橋式起重機 特點 選型

近幾年，國民經(jīng)濟日益提高，科學(xué)技術(shù)全面進步，企業(yè)也愈發(fā)重視橋式起重機。對橋式起重機而言，如何在輕量化生產(chǎn)的標準下，增強安全性，提升動態(tài)品質(zhì)，達到工作效率與安全性能的統(tǒng)一均衡亟待攻克。本文首先介紹橋式起重機的基本特點，然后對單小車橋機和雙小車橋機進行對比，最后探討參數(shù)與功能配置問題。

1 橋式起重機的基本特點

在水電站中，橋式起重機飾演著電站建設(shè)過程發(fā)電機組內(nèi)部重要設(shè)備的吊裝和發(fā)電運行正式使用后的檢修吊裝。一般具有下述特點。

1.1 起重量顯著

發(fā)電機組轉(zhuǎn)子通常在完成工位整體組裝工作后整體調(diào)運到機位安裝，其中轉(zhuǎn)子的體積和質(zhì)量均較大，決定起重機自身的額定起重量也較為顯著。

1.2 起升速度不高

大規(guī)模發(fā)電機組設(shè)備對應(yīng)的吊裝一般應(yīng)準確合理。為此，每一個機構(gòu)應(yīng)保證可在低速條件下有序運行。

1.3 起升行程大

通常，大型水電站內(nèi)部的橋式起重機對應(yīng)的起升高度應(yīng)保證超出30m。在重型設(shè)備環(huán)節(jié)，主要控制在低速條件下運行，而整個起升行程近乎需要30min。因此，起升機構(gòu)電動機應(yīng)依據(jù)短時額定負荷來挑選。

1.4 工作級別不高

電站建設(shè)環(huán)節(jié)起吊的額定載荷為發(fā)電子轉(zhuǎn)子，而起吊次數(shù)和發(fā)電機組數(shù)量相同，起吊的剩余部件均低于額定起重量。待水電站正式發(fā)電運行后，則起重機僅僅承擔(dān)檢修吊裝這一任務(wù)，等同于處在閑置狀態(tài)。

2 單小車橋機和雙小車橋機對比

例如，300t單小車橋機和150t+150t這種雙小車橋機，筆者將從軌道上平面到吊具中心大小、設(shè)備自重等角度展開對比。

其一，軌道上平面到起重機吊具中心大小的比較。其中，單小車橋機要求兩臺起重機一起并車聯(lián)合抬吊，而其他部件通過一臺起重機來吊裝，無需應(yīng)用平衡梁。若1臺單小車橋機僅僅單獨工作，則吊具中心到大車軌道平面之間的距離是1.2m。若兩臺單小車起重機通過并車大平衡梁對轉(zhuǎn)子進行吊裝操作，則軌道上平面至大平衡梁下平面的距離是3.5m。而對于雙小車橋機，若一臺雙小車橋機內(nèi)部的一個小車僅單獨工作，則吊具中心到打車軌道平面之間的距離是0.5m。當(dāng)單臺起重機內(nèi)部兩個小車并車一起來抬吊發(fā)電機，則小平衡梁自身下平面到起重機軌道內(nèi)部上平面之間的距離是1.3m。

其二，安全穩(wěn)定性比較。在單小車橋機中，各臺起重機中只有1個小車、1套起升機構(gòu)與小車運行機構(gòu)。它的零部件不多，故障低發(fā)，便于檢修維護。當(dāng)起吊轉(zhuǎn)子時，僅僅通過1個大平衡梁便可完成。在并車操作過程中，2臺起重機有2個吊點，且控制點較少，便于確保達平衡梁兩側(cè)對應(yīng)的水平高低差。

另外，單小車橋機因每臺起重機上只存在一個主起升機構(gòu)，所以能夠選取通過雙電機來驅(qū)使1個行星減速器這一方案。若1個電動機發(fā)生故障后，則對應(yīng)的制動器便出現(xiàn)抱閘操作。另一個電動機能夠繼續(xù)工作，同時可確保按照0.5額定速度穩(wěn)步工作，進而滿足當(dāng)一臺電動機發(fā)生故障問題時，則另一臺電動機把吊運設(shè)備合理放回原地，并能繼續(xù)開展吊裝工作。當(dāng)兩個電動機均穩(wěn)步工作時，閉合某一個電動機，能把起升速度減小到一半，讓起升機自身的調(diào)速范圍擴大到1倍。當(dāng)處于額定載荷條件時，實現(xiàn)1:20無線調(diào)速。利用該方案能夠增加起升機構(gòu)的有效性，強化使用性能，比較適合應(yīng)用在安全標準高、電站廠房使用少的起重機中。

其三，軌道上平面到起重機至高點大小的比較。在單小車橋機中，因每個小車自身的起重量偏大，其與雙小車起重機內(nèi)部小車起重量相比呈現(xiàn)兩倍關(guān)系。由此可知，小車的高度偏大，若起重機至小車軌道上平面近乎相同，則單小車起重機內(nèi)部大車軌道平面至起重機至高點的距離較大，而這兩種橋機所差高度達到了800mm左右。

其四，設(shè)備自重比較。雙小車橋機由于大件轉(zhuǎn)子和定子通過兩個小車并車來完成抬吊，其主梁引發(fā)的彎矩低于一臺小車獨立吊裝所引發(fā)的彎矩，主梁截面較小，且重量不大。因雙小車橋機和單小車橋機相比多出小平衡梁，所以這兩種形式對應(yīng)的起重機重量近乎相同。

綜上所述，300t單小車橋機和150t+150t雙小車橋機具備不同的特點。在具體的橋式起重機選擇時，需要結(jié)合水電站的具體的施工條件和成本情況，選擇適宜的橋式起重機形式，以達到降低成本和保證安裝效率的目的。以某水電站的橋式起重機選擇為例，本工程采用的雙排布置方案，且需要在滿足需求的基礎(chǔ)上，降低廠房高度，并在本工程中對橋式起重機過跨技術(shù)進行應(yīng)用。因此，綜合所有因素，該工程主要選擇150t+150t雙小車橋機。

3 參數(shù)配置

3.1 工作級別

起重機在安裝期存在較大的使用率，而在電站正式建成后使用頻率則顯著降低，工作級別需列至輕級。利用等級，通常選擇T1-T4。若廠房機組不多，則選擇T1-T2；若較多，則選擇T3-T1。其中，起重機自身的起重量和發(fā)電機轉(zhuǎn)子對應(yīng)的重量密切相關(guān)。然而，所起吊載荷通常小于額定起重量。機構(gòu)自身的載荷狀態(tài)通常是L1-L2，若廠房中機組數(shù)量不多，則機構(gòu)載荷狀態(tài)選擇L1；若機組數(shù)量偏多，則載荷狀態(tài)便可選擇L2。

3.2 工作速度

主起升機構(gòu)主要依據(jù)重載低速和輕載高速進行配置。對于重載工作區(qū)實際吊設(shè)的載荷一般是轉(zhuǎn)子和變壓器等。為實現(xiàn)上述部件的科學(xué)吊裝，不建議使用顯著速度。而主起升機構(gòu)自身的重載速度通常設(shè)置在2m/min左右。由于小車運行機構(gòu)行程不大且速度取值相對較低，通常將其設(shè)定在10m/min左右。而大車運行速度通常設(shè)置在20m/min左右，若速度設(shè)置偏大，則將提高電機功率與運行維護經(jīng)費。

4 功能配置

4.1 安全制動器

安全制動器主要布設(shè)在傳送鏈末端對應(yīng)的卷筒法蘭中。待檢測系統(tǒng)檢測發(fā)現(xiàn)起升機構(gòu)傳動鏈特定環(huán)節(jié)存在故障，則控制系統(tǒng)能夠馬上調(diào)節(jié)安全制動器，使其抱閘，進而不會因意外出現(xiàn)墜落。同時，安全制動器屬于起升機構(gòu)的末尾安全防線，能夠增強安全可靠性，主要被應(yīng)用在核電站起重機與大體積鑄造起重機中。另外，它的安裝在某種程度上會加大整機的難度。水電站起重機由于工作不是十分頻繁，只要合理加強傳動鏈零部件對應(yīng)的強度，則無需裝設(shè)安全制動器。

4.2 副起升機構(gòu)

大型水電站的廠房通常配備起吊轉(zhuǎn)子和定子等超大規(guī)模的大型橋機與中小型橋機。其中，大型橋機通常無需設(shè)置副起升機構(gòu)，通過主機機構(gòu)聲速來取代，以此控制整機的寬度大小以及自重。主鉤聲速不僅能變頻調(diào)速，而且也能在減速器中經(jīng)由手柄轉(zhuǎn)換調(diào)整減速器內(nèi)部的傳動比。如果要求吊裝揚高40m左右的物件，且該部件超出主鉤揚高范圍，則此部件中間一般不大，能夠面向一側(cè)主梁增設(shè)一個電動葫蘆實現(xiàn)。

4.3 調(diào)速系統(tǒng)

水電站橋機的基本任務(wù)是發(fā)電機組的組裝與檢修，確保安裝定位合理，各擋位速度平穩(wěn)，適用變頻調(diào)速。由于各機構(gòu)自身工作速度設(shè)置偏低且電機功率不突出，應(yīng)用變頻調(diào)速較為經(jīng)濟。

公用直流母線與能量回饋是當(dāng)下最高端的調(diào)速系統(tǒng)，十分適合應(yīng)用在調(diào)速比大的起重機中。它的調(diào)速性能優(yōu)良，無需電阻器，能夠節(jié)省安裝空間，減小使用能耗。

4.4 故障檢測和顯示系統(tǒng)

面向司機室中上位計算機安裝橋機運行狀態(tài)與故障檢測系統(tǒng)，能夠?qū)γ恳环N運行與保護信息實施全面顯示。同時，在安裝調(diào)試環(huán)節(jié)與試運行過程，電氣部分總會出現(xiàn)部分小故障。該功能設(shè)置能夠顯示故障的實際位置與具體原因，控制查找范圍，減小排故時間。

4.5 三維顯示系統(tǒng)

在起重機中，面向運行機構(gòu)與主小車運行機構(gòu)配備可靠的二維定位系統(tǒng)，并在起升機構(gòu)中配備高度顯示系統(tǒng)，能夠依據(jù)提早設(shè)定位置規(guī)范開展吊裝作業(yè)，完成自動定位，增加自動化程度。若參照點選取合理，則顯示精度能夠達到±2mm左右，其定位精度能夠達到±10mm左右。

4.6 動態(tài)檢測與監(jiān)控系統(tǒng)

水電站所用大型橋機為檢測起重機橋架自身的承載能力，能夠通過主梁強度和剛度動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)能夠動態(tài)計算小車在哪一個位置時設(shè)定點對應(yīng)的應(yīng)力值與下?lián)现担瑫r進行綜合對比。通過小荷載試驗值面向計算值展開驗證與調(diào)整，進而明確起吊額定載荷環(huán)節(jié)主梁極限應(yīng)力與下?lián)?，以此檢測主梁的基本強度與剛度。待起重機穩(wěn)步運行時，操作人員能夠在工業(yè)控制機中全面觀察主梁的具體應(yīng)力與下?lián)现?。另外，該套裝置還具備達標前告誡與斷電功能，有利于安全使用。

5 結(jié)語

綜上可知，近幾年，橋式起重機的社會作用愈發(fā)突顯，同時也對其動態(tài)特性提出了更高需求。而橋式起重機探索是一項復(fù)雜的工作，應(yīng)加大投入力度，積極探索，明確起重機的基本特點，掌握選型技巧，進而不斷完善橋式起重機，使其更好地服務(wù)于水利項目，推動社會發(fā)展。

[1]高秀芬，顧翠云.水電站大型橋式起重機起升機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式和性能分析[J].起重運輸機械，2015，（11）：84-87.

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Characteristics and Lectotype Analysis of Large Bridge Crane in Hydropower Station

GAO Daming, SUI Yisong, HAN Yuanzheng
(Hangzhou Institute of mechanical design, Ministry of water resources, Zhejiang 310012)

in the main plant of hydropower station, bridge crane is generally responsible for the installation of important equipment, basic operation and maintenance and routine maintenance tasks. In recent years, hydropower projects are rising, at the same time, the demand for bridge crane is gradually increasing, and the crane's overall lifting capacity is increasing. In this paper, the author will be based on theoretical knowledge and practical activities, focusing on the analysis of bridge crane, hoping to help water conservancy construction, and promote related research.

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