李興舉 王 帥 齊 勇

中國外運(yùn)大件物流有限公司 上海 201204

1 項(xiàng)目簡介

因具有減少現(xiàn)場施工量、縮短建設(shè)工期等優(yōu)勢，模塊化技術(shù)越來越多地被應(yīng)用在工程設(shè)計(jì)和建造中。采用模塊化后，大量的施工工作在制造廠完成，可以更好地保證施工質(zhì)量。然而，從施工角度上看，大規(guī)模的模塊化在提供各種便利的同時(shí)，也給運(yùn)輸和吊裝工作提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

在核電站核島設(shè)備安裝過程中，一般采用“開頂法”（宋氏工法，圖1）吊裝，即在反應(yīng)堆廠房環(huán)吊安裝前，用大型吊車將重型設(shè)備在廠房外翻轉(zhuǎn)豎立；然后越過反應(yīng)堆廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)備的就位；待反應(yīng)堆廠房所有重型設(shè)備和大型結(jié)構(gòu)模塊就位后，再進(jìn)行反應(yīng)堆廠房穹頂施工[1-6]。

世界上最大的環(huán)軌吊是比利時(shí)SARENS 的Big Carl SGC- 250，5000t 超重型環(huán)軌式起重機(jī)，目前在英國欣克利角C（HPC）核電站項(xiàng)目進(jìn)行吊裝作業(yè)。英國欣克利角C 項(xiàng)目是由法國電建（EDF）和中廣核共同投資建設(shè)的三代壓水堆核電機(jī)組，包括600 多個(gè)設(shè)備的吊裝任務(wù)，表1 為典型設(shè)備的清單。

圖1 開頂法吊裝

表1 英國欣克利角C項(xiàng)目典型設(shè)備清單

2 環(huán)軌起重機(jī)起重能力對比研究

目前具有代表性的最大環(huán)軌式起重機(jī)主要有荷蘭MAMMOET- PTC200- DS、英國ALE- AL.SK350 和比利時(shí)Sarens- SGC250。這些起重機(jī)的研發(fā)、制造技術(shù)成熟，已形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，并在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。國際上具有代表性的環(huán)軌式起重機(jī)見圖2。

圖2 環(huán)軌式起重機(jī)

上述3 種主要環(huán)軌式起重機(jī)的性能如表2 所示。有表可知，在主臂工況、50m 外伸半徑下，AL.SK350、PTC200- DS 和SGC- 250 3 種環(huán)軌吊的起重能力分別是2371t、3050t 和4362t。由此可見，SGC- 250 具有更大的起吊能力。這種大噸位大起重半徑的起重能力，可滿足吊機(jī)一個(gè)站位多個(gè)吊裝任務(wù)的需求。

3 風(fēng)速對環(huán)軌吊的影響分析

吊裝作業(yè)對風(fēng)速有嚴(yán)格的要求，風(fēng)會(huì)對吊機(jī)及貨物產(chǎn)生水平推力載荷，影響吊機(jī)穩(wěn)定性，因此每一次吊裝都要驗(yàn)算吊裝最大允許風(fēng)速。風(fēng)速包括平均風(fēng)速和3s 陣風(fēng)風(fēng)速，當(dāng)計(jì)算風(fēng)對吊機(jī)的荷載時(shí)，需要計(jì)算3s風(fēng)速，其計(jì)算公式見式（1）。

式中：z——吊裝高度；

吊機(jī)承受的風(fēng)載荷主要包括作用在吊機(jī)上和貨物上的風(fēng)載，其計(jì)算公式見式（2）。

表2 國際上3 種代表性的環(huán)軌式起重機(jī)起重性能

式中：CW——阻力系數(shù)；

V——3s 陣風(fēng)風(fēng)速；

AP——投影面積；

ρ=1.25kg/ m3(空氣密度)

搭建SGC- 250 風(fēng)載分析模型，校核不同工況下環(huán)軌吊允許的最大風(fēng)速，以Liner Ring 2 為例進(jìn)行分析。

圖3 SGC- 250 風(fēng)載分析模型

表3 SGC- 250 風(fēng)載分析數(shù)據(jù)

通過計(jì)算，在吊裝高度17m，操作半徑108m 的情況下，Liner Ring 2 最大允許的操作風(fēng)速是21m/ s。通過該計(jì)算模型可同樣求出其他貨物在不同工況下的最大允許操作風(fēng)速，結(jié)果如表3 所示。由表可知，在主臂工況下，環(huán)軌吊SGC- 250 具有很強(qiáng)的抗風(fēng)性，可適應(yīng)惡劣天氣環(huán)境作業(yè)。

4 環(huán)軌起重機(jī)SGC- 250 軌道分載

SGC- 250 擁有5200t 配重，屬于集裝箱式配重，只需在工作地填滿沙子就可以當(dāng)成配重使用。它有128個(gè)輪子，最大載荷力矩為250000t·m，并且具有全移動(dòng)環(huán)形起重機(jī)的所有功能，機(jī)動(dòng)靈活性好。

在HPC 項(xiàng)目中，SGC- 250 在3 個(gè)通過軌道連接的起吊點(diǎn)之間運(yùn)行，整個(gè)軌道是用混泥土建造而成，滑軌鋪在混泥土上，總長度超過6km。這樣的設(shè)計(jì)可節(jié)約吊機(jī)轉(zhuǎn)場時(shí)間，提高工作效率，具體如圖4 所示。

圖4 環(huán)軌式起重機(jī)直行軌道

如圖5 所示，SGC- 250 采用的雙環(huán)梁和車輪轉(zhuǎn)向架可以大大降低輪載，通過全局SGC 250 模型分析極限工況下的最大輪載，發(fā)現(xiàn)最大輪載出現(xiàn)在124m 主臂工況下。表4 為SGC- 250 輪載荷。

表4 SGC- 250 輪載荷 kN

圖5 環(huán)軌式起重機(jī)雙環(huán)梁和車輪轉(zhuǎn)向架

環(huán)軌式起重機(jī)的軌道結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 環(huán)軌式起重機(jī)的軌道結(jié)構(gòu)

通過45 度分載法，可求得每個(gè)輪子通過軌道作用在混泥土上的接觸面積（S），見式（3）。

所以，垂向力(Fz)作用在混泥土上的壓應(yīng)力（P1）計(jì)算公式見式（4）。

該接觸面截面系數(shù)（W）計(jì)算式見公式（5）。

水平切向力（Fh）會(huì)對接觸面產(chǎn)生的彎矩（M），其計(jì)算公式見式（6）。

水平切向力（Fh）會(huì)對接觸面產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力（P2）計(jì)算公式見式（7）。

則總的對地壓力（P）計(jì)算公式見式（8）。

所以在極限工況下，使用SGC- 250 對地面的壓力需要大于25t/ m2。

5 結(jié)語

環(huán)軌式起重機(jī)安全可靠的大噸位大半徑起吊特點(diǎn)是未來大模塊安裝的必要條件，其較小的接地壓比和大抗風(fēng)性，也能適應(yīng)不同作業(yè)環(huán)境。因此，在未來核電建設(shè)當(dāng)中，環(huán)軌式起重機(jī)會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在實(shí)現(xiàn)中華民族復(fù)興的偉大道路上，中國企業(yè)走向國際是必然趨勢，這對大件吊裝企業(yè)來說，既是機(jī)遇，又是挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)還沒有自主研發(fā)的大型環(huán)軌式起重機(jī)，所以加快研發(fā)中國式環(huán)軌吊是目前的緊要任務(wù)。