馮剛　劉向東

【摘 要】某工程壓氣機(jī)試驗(yàn)臺大型電機(jī)安裝位于廠房試驗(yàn)間內(nèi)，安裝時(shí)廠房已經(jīng)建成，在受到廠房結(jié)構(gòu)（狹窄）、電機(jī)幾何尺寸（大）以及電機(jī)重量（重）等因素的影響下，通過選擇可行、經(jīng)濟(jì)、安全的吊裝方法和技術(shù)措施，順利地完成了吊裝。文章對該大型電機(jī)設(shè)備在狹窄空間內(nèi)的吊裝工藝進(jìn)行敘述，供同行借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】狹窄空間; 大型電機(jī)設(shè)備; 吊裝

【中圖分類號】TU758.15【文獻(xiàn)標(biāo)示碼】B

1 工程概況

壓氣機(jī)試驗(yàn)臺電機(jī)由德國西門子公司設(shè)計(jì)制造，額定功率為47.5 MW，額定轉(zhuǎn)速為3 244 r/min，是目前為國內(nèi)最大的47.5 MW變頻調(diào)速同步電動機(jī)。該電機(jī)主要由電機(jī)本體、電機(jī)冷卻罩、電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)、電機(jī)潤滑油供回油管以及電機(jī)電源接線盒五大部分組成，各部分單獨(dú)包裝到貨，現(xiàn)場進(jìn)行組裝成型。其中電機(jī)本體設(shè)備參數(shù)為：7.272 m×4.020 m×3.270 m（長×寬×高），重約110 t，為電機(jī)最重部分;電機(jī)冷卻器罩參數(shù)為：5.767 m×4.265 m×1.970 m（長×寬×高），重約9.5 t。電機(jī)前后端底板兩側(cè)各設(shè)置一273 mm軸式吊耳，共4個(gè)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

該電機(jī)安裝于壓氣機(jī)試驗(yàn)間廠房內(nèi)設(shè)備基礎(chǔ)上，電機(jī)基礎(chǔ)標(biāo)高為+0.8 m，基礎(chǔ)上預(yù)留12個(gè)地腳螺栓孔，電機(jī)左右兩側(cè)8根T型地腳螺栓長為1.38 m，前后4根T型地腳螺栓長為1.96 m。該廠房為單層單跨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑，跨度14 m，凈空高度14 m，長度40 m，東側(cè)墻體預(yù)留門洞口尺寸7.6 m×9.6 m，廠房內(nèi)設(shè)Q=32/5 t行車吊1臺。電機(jī)本體原到貨卸車放置于廠房預(yù)留門洞口正東方約12 m處。其平面示意如圖2所示。

2 吊裝方法的選擇

針對廠房內(nèi)大型設(shè)備的安裝，通常的程序和方法是土建先將設(shè)備基礎(chǔ)和廠房基礎(chǔ)施工完畢后，再將大型設(shè)備吊裝到基礎(chǔ)上，最后進(jìn)行廠房主體結(jié)構(gòu)的施工。但由于本工程的特殊情況，需先將廠房主體結(jié)構(gòu)施工完畢后，再進(jìn)行大型電機(jī)設(shè)備的安裝，故針對本工程實(shí)際情況，可選擇的吊裝方法有：鋼排軌道運(yùn)輸與井字門式架提升法和三機(jī)抬吊與水平牽引法。

鋼排軌道運(yùn)輸與井字門式架提升法即安裝前采用鋼桁架搭設(shè)一鋼平臺，兩側(cè)各設(shè)置一重型鋼軌，采用重型滾輪將電機(jī)運(yùn)輸?shù)交A(chǔ)上，并采用井字門式架提升安裝地腳螺栓的方法。三機(jī)抬吊與水平牽引法即根據(jù)電機(jī)重量及外形尺寸、廠房內(nèi)的具體吊裝條件及吊車的性能參數(shù)表，進(jìn)行吊裝平面布置、吊車負(fù)荷分配情況，選擇一臺QAY180型吊車噸和兩臺QY50K型吊車三機(jī)抬吊和水平牽引運(yùn)輸?shù)牡跹b就位的方法。

以上兩種方法中，鋼排軌道運(yùn)輸與井字門式架提升法主要特點(diǎn)是搭設(shè)鋼平臺軌道制作安裝工程量大，吊裝就位周期較長，材料耗量較大，不經(jīng)濟(jì)，而且在高處運(yùn)輸過程中有許多不安全的因素存在。三機(jī)抬吊與水平牽引法吊裝就位周期短，前期工裝準(zhǔn)備量不大，安全可靠。通過對比分析，本工程電機(jī)吊裝就位選擇技術(shù)可行性、安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用及施工進(jìn)度較快的三機(jī)抬吊與水平牽引法。

3 吊裝施工工藝

3.1 場地準(zhǔn)備

（1）電機(jī)臨時(shí)放置點(diǎn)至試驗(yàn)間內(nèi)設(shè)備基礎(chǔ)前的水平牽引線路整平，并采用打夯機(jī)和裝載機(jī)來回碾壓夯實(shí);電機(jī)水平牽引線路地面向電機(jī)側(cè)要保留5 ‰的斜度，上鋪墊δ30 mm厚鋼板，作為電機(jī)水平搬運(yùn)時(shí)坦克車的運(yùn)輸?shù)缆?，以減小電機(jī)搬運(yùn)時(shí)的摩擦力。

（2）電機(jī)基礎(chǔ)兩側(cè)長度范圍內(nèi)采用素土進(jìn)行回填，回填高度為試驗(yàn)間±0.0 m標(biāo)高600 mm以上，兩端填成斜緩坡，并采用裝載機(jī)來回碾壓夯實(shí)，以方便吊裝作業(yè)。

（3）電機(jī)基礎(chǔ)縱向兩側(cè)臺板上各敷設(shè)一厚度δ30 mm，寬度為600 mm的鋼板，以方便電機(jī)在基礎(chǔ)上的牽引。

（4）現(xiàn)場場地準(zhǔn)備情況如下圖3所示。

3.2 電機(jī)吊裝就位主要步驟

電機(jī)基礎(chǔ)及地面上鋼板安裝到位—電機(jī)臨時(shí)放置處三機(jī)第一次抬吊到坦克運(yùn)輸小車上—人工水平牽引電機(jī)到基礎(chǔ)前—三機(jī)重新站位，第二次抬吊電機(jī)前端到基礎(chǔ)上—電機(jī)后端吊車不松鉤，前端采用人工水平牽引搬運(yùn)—電機(jī)水平牽引到電機(jī)基礎(chǔ)正上方—三機(jī)重新站位，第三次抬吊電機(jī)離基礎(chǔ)約2 m高—電機(jī)地腳螺栓安裝—電機(jī)就位安裝完畢。

3.3 電機(jī)吊裝就位工藝

（1）電機(jī)吊點(diǎn)選擇。電機(jī)底座兩側(cè)設(shè)計(jì)有四個(gè)273 mm軸式吊耳，電機(jī)的吊裝只能通過該四個(gè)吊耳進(jìn)行，180 t吊車起吊后面兩個(gè)吊點(diǎn)，兩臺50 t的吊車分別起吊前面兩個(gè)吊點(diǎn)。為避免180 t吊車吊裝時(shí)鋼絲繩水平分力對電機(jī)殼體造成擠壓和損傷，通過在電機(jī)上方兩側(cè)吊裝鋼絲繩之間設(shè)置一273 mm×6 mm×4.2 m鋼支撐橫梁，并將橫梁通過鋼絲繩懸掛在吊車吊鉤上。其結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。

（2）電機(jī)臨時(shí)放置處電機(jī)第一次抬吊吊車站位：由于電機(jī)臨時(shí)存放位置處正后方場地因受到其它廠房基礎(chǔ)施工限制，故三機(jī)抬吊電機(jī)吊車站位如圖5所示位置進(jìn)行站位，其中電機(jī)前端為兩臺50 t汽車吊分居電機(jī)南北兩側(cè)，后端為一臺180 t汽車吊位于電機(jī)南側(cè)，與其中一臺50 t汽車吊位于同側(cè)。

（3）三機(jī)第一次抬吊電機(jī)。在指揮人員的統(tǒng)一指揮下三機(jī)抬吊電機(jī)離地面100 mm，確保安全后，三機(jī)同時(shí)擺臂將電機(jī)前端放置到提前準(zhǔn)備好的2臺32 t坦克運(yùn)輸小車上后，50 t吊車松鉤收車，180 t吊車暫不松鉤，三機(jī)第一次抬吊結(jié)束。電機(jī)前端坦克運(yùn)輸小車放置時(shí)不要太靠近試驗(yàn)間廠房，要確保50 t吊車能夠進(jìn)入廠房。圖6為三機(jī)抬吊電機(jī)工程照，圖7為三機(jī)抬吊電機(jī)放置在鋼板上的坦克運(yùn)輸小車上工程照。

（4）電機(jī)第一次水平牽引。在電機(jī)開始水平牽引前，兩臺50 t吊車先進(jìn)入試驗(yàn)間廠房內(nèi)電機(jī)基礎(chǔ)兩側(cè)的指定位置站位，防止電機(jī)水平牽引到基礎(chǔ)前后兩臺50 t吊車無法進(jìn)入車間。牽引采用兩個(gè)5 t手拉葫蘆進(jìn)行，錨點(diǎn)采用試驗(yàn)間廠房內(nèi)塊體式混凝土基礎(chǔ)。電機(jī)水平牽引示意如圖8所示。在剛開始牽引的過程中，電機(jī)后端180t吊車緩慢地隨著牽引的速度進(jìn)行擺臂和趴桿，當(dāng)達(dá)到吊車的最大起重量時(shí)，將電機(jī)后端2個(gè)32 t坦克運(yùn)輸小車放置在電機(jī)底板下方，然后180 t吊車松鉤。牽引過程中，兩側(cè)的牽引速度要保持一致，且牽引速度不宜過快，以防止電機(jī)跑偏和與基礎(chǔ)發(fā)生碰撞;若發(fā)現(xiàn)跑偏時(shí)，可采用千斤頂進(jìn)行調(diào)整。電機(jī)水平牽引現(xiàn)場工程照見圖9。

（5）三機(jī)第二次抬吊電機(jī)。當(dāng)電機(jī)水平牽引到設(shè)備基礎(chǔ)前時(shí)，三機(jī)重新站位將電機(jī)前端抬吊到設(shè)備基礎(chǔ)上。其中兩臺50 t吊車于電機(jī)在剛開始牽引之前已分別退到電機(jī)基礎(chǔ)兩側(cè)（兩臺50 t的吊車的車頭朝向廠房大門），180 t吊車于電機(jī)牽引到設(shè)備基礎(chǔ)時(shí)再退進(jìn)廠房。由于受到廠房空間的限制，為便于50 t吊車打退，吊車站位時(shí)應(yīng)盡量靠近電機(jī)基礎(chǔ)，靠近電機(jī)基礎(chǔ)側(cè)后腿支撐在電機(jī)基礎(chǔ)與齒輪箱基礎(chǔ)之間混凝土承臺上回填夯實(shí)土壤上，前腿支撐在電機(jī)基礎(chǔ)上。三機(jī)第二次抬吊電機(jī)支腿及站位情況如圖10所示。180 t吊車由于退至廠房后吊車臂無法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)吊車后方，故應(yīng)先將吊車臂旋轉(zhuǎn)到正后方再退進(jìn)廠房，如圖11所示。

電機(jī)在三臺吊車垂直起吊高度比電機(jī)基礎(chǔ)高120 mm時(shí)停止起吊，此時(shí)施工人員在電機(jī)底座下安放道木垛或鋼架，其上表面離電機(jī)底座下表面約100 mm，目的在于下一步180 t吊車懸臂下降時(shí)時(shí)由于吊車回轉(zhuǎn)半徑的增大導(dǎo)致吊車負(fù)荷率增大而采取的相應(yīng)保護(hù)措施。保護(hù)措施做好后，同時(shí)使180 t吊車趴臂，兩臺50 t吊車水平轉(zhuǎn)臂，使電機(jī)整體向前水平移動，直到將電機(jī)前端抬吊到事先放置到電機(jī)基礎(chǔ)上的兩個(gè)32 t坦克運(yùn)輸小車上為止。圖12為三機(jī)第二次抬吊電機(jī)立面示意圖，圖13為三機(jī)第二次抬吊電機(jī)工程照。

（6）電機(jī)第二次水平牽引。電機(jī)基礎(chǔ)表面兩側(cè)地腳螺栓臺板上方在電機(jī)起吊前鋪設(shè)δ=30 mm厚鋼板，并采用膨脹螺栓和鋼板將其固定。當(dāng)電機(jī)前端吊裝放置到基礎(chǔ)上預(yù)先安放的坦克運(yùn)輸小車上后，采用兩個(gè)5 t手拉葫蘆水平牽引電機(jī)向齒輪箱方向移動，此時(shí)180 t吊車不得松鉤，吊鉤仍然吊住電機(jī)后端的兩個(gè)吊點(diǎn)上，電機(jī)前部份由坦克運(yùn)輸小車受力，180 t吊車配合牽引電機(jī)水平移動，水平向前運(yùn)輸一定距離后安放后面兩個(gè)32 t坦克運(yùn)輸小車，緩慢向前牽引至最終安裝位置，如圖14所示。

（7）三機(jī)第三次抬吊電機(jī)。在180 t吊車和坦克車配合下將電機(jī)運(yùn)至安裝位置后，三臺吊車重新站位將電機(jī)垂直起吊約2 m高度進(jìn)行地腳螺栓安裝。先將180 t吊車開出試驗(yàn)間廠房外一側(cè)，待兩臺50 t吊車開出廠房外另一側(cè)調(diào)頭重新開進(jìn)廠房站位后（兩臺50 t吊車的車頭背向廠房大門），再將180 t吊車倒進(jìn)廠房，180 t吊車重新站位行走過程中吊車臂均位于吊車正后方。三臺吊車重新站位的平面布置如圖15所示。由于受廠房寬度限制，兩臺50 t吊車前腿不能全伸，只能半支腿。根據(jù)此種特殊情況，需將兩臺50 t吊車第五個(gè)支腿進(jìn)行支撐，同時(shí)采用枕木在50 t吊車前后支腿臂下方進(jìn)行支墊，使支腿多點(diǎn)受力;同時(shí)對電機(jī)需采取如下保護(hù)措施，電機(jī)每升高200 mm（枕木高度）立即采用枕木對電機(jī)前端進(jìn)行支墊，嚴(yán)禁在沒有保護(hù)措施的情況下將電機(jī)直接起吊2 m，防止兩臺50 t吊車前退在未全伸腿條件下進(jìn)行起吊作業(yè)產(chǎn)生不可預(yù)見因素失穩(wěn)。三臺吊車打腿好后同時(shí)進(jìn)行垂直起吊電機(jī)，當(dāng)電機(jī)底座離電機(jī)基礎(chǔ)臺板高度達(dá)到2 m，三臺吊車停止起吊，采用廠房內(nèi)32 t行車將基礎(chǔ)上運(yùn)輸電機(jī)用的30 mm厚鋼板拖出，然后進(jìn)行電機(jī)T型地腳螺栓安裝，安裝完畢后緩慢將電機(jī)下降到基礎(chǔ)上，電機(jī)吊裝就位完畢。圖16為三機(jī)第三次抬吊電機(jī)立面示意圖，圖17為三機(jī)第三次抬吊電機(jī)工程照。

4 吊裝核算

4.1 負(fù)荷分配計(jì)算

根據(jù)電機(jī)技術(shù)資料提供的電機(jī)的重心位置以及重心距吊耳的尺寸，電機(jī)吊裝負(fù)荷分配計(jì)算簡圖如下圖18所示，電機(jī)本體凈重量約Q=110 t，圖中Q1為180 t汽車吊側(cè)，Q2為兩臺50 t汽車吊側(cè)。根據(jù)力矩平衡公式∑MO1=0以及合力公式Q=Q1+Q2，可計(jì)算出Q1=58.55 t，Q2=51.45 t，其計(jì)算載荷分別為Q′1=1.1×58.55t=64.41 t，Q′2=1.1×51.45 t=56.6 t，式中1.1為動載系數(shù)。Q′2為兩臺50 t汽車吊車分擔(dān)，單臺吊車受力F=Q′2/2=28.3 t。

4.2 吊車選擇與驗(yàn)算

整個(gè)抬吊過程中180 t吊車的最大回轉(zhuǎn)為7.5 m，吊車全配重55 t，臂長13.8 m，該工況下吊車的起吊能力為84.5 t。吊裝過程中180 t吊車的起吊載荷為64.41+1.68（吊鉤和索具重量）=66.09 t，180 t吊車的負(fù)荷率η=66.09/84.5×100 %=78.21 %<80 %，因此，所選QAY180型吊車吊裝滿足本次吊裝要求。

兩臺50 t吊車在本次吊裝中最大回轉(zhuǎn)為5.0 m，臂長11.1 m，該工況下吊車的起吊能力為36 t。吊裝過程中50 t吊車的起吊載荷為28.3+0.45（吊鉤和索具重量）=28.75 t，QY50吊車的負(fù)荷率η=28.75/36×100 %=79.86 %<80 %。因此，所選兩臺QY50K型吊車滿足本次吊裝要求。

4.3 鋼絲繩選擇計(jì)算

180 t吊車兩側(cè)吊點(diǎn)選擇兩根4股43（6×37+1-1 700 MPa）的鋼絲繩，單根鋼絲繩長度L=12 m，對折使用。并在兩側(cè)鋼絲繩之間設(shè)置一273 mm×6 mm×4.2 m鋼支撐橫梁，如圖19所示。

因180 t吊車側(cè)為兩個(gè)受力分支，每個(gè)分支2根4股鋼絲繩受力，所選鋼絲繩的破斷拉力118.5 t，取鋼絲繩折減系數(shù)為0.9，則鋼絲繩的安全系數(shù)k=118.5×0.9/（64.41/2/cos45°/4）=9.37>6。因此，所選吊裝鋼絲繩滿足本次吊裝需要。

每臺50 t吊車吊裝選用一根43（6×37+1-1700 MPa）的鋼絲繩對折使用，每個(gè)吊點(diǎn)為兩股鋼絲繩受力，所選鋼絲繩的破斷拉力為118.5 t，取鋼絲繩折減系數(shù)為0.9，則鋼絲繩的安全系數(shù)k=118.5×0.9/（28.3/2）=7.54>6。因此，所選吊裝鋼絲繩滿足本次吊裝需要。

4.4 鋼支撐橫梁強(qiáng)度校核

273 mm×6 mm×4.2 m鋼支撐橫梁鋼管主要受力為軸心受壓，其受力計(jì)算為：長細(xì)比λ=μl/i，其中μ=1（兩端活動），慣性半徑i=75.34 mm，L=4.2 m，故λ=μl/i=1×4.2/0.075=56<λs=61.6，故該壓桿為粗短桿，因不發(fā)生屈曲，而只發(fā)生屈服，故其臨界應(yīng)力即為材料的屈服應(yīng)力。由于20#鋼材料的許用應(yīng)力為[σ]=1 550 kg/cm2，D219×6 mm鋼管截面積為A=40.13 cm2，則單根鋼管臨界壓力為：F=[σ]×A=1 550×40.13=62.2 t>32.205 t，故Φ273 mm×6 mm×4.2 m鋼支撐橫梁強(qiáng)度滿足要求。

4.5 地基耐壓力驗(yàn)算

電機(jī)水平牽引線路地平面和吊車支腿位置均采用黏土進(jìn)行回填夯實(shí)，查相關(guān)資料黏土的許用耐壓力為250 kPa。當(dāng)電機(jī)在地面水平方向牽引時(shí)，由4個(gè)坦克車部位受力，每個(gè)點(diǎn)受力約為27.5 t;坦克車（坦克尺寸：320 mm×450 mm）在30 mm厚碳鋼板上行走時(shí)，將每個(gè)塔克車下鋼板按單塊尺寸為1.5 m×1.5 m的四邊簡支板進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)作用力與反作用力的原理，簡支鋼板所受均布載荷為q=27.5 t/2.25 m2=275 kN/2.25 m2=122.2 kN/m2，則最大彎矩Mmax=αqa2=0.065×122.2 kN/m2×1.52=17.87 kN，強(qiáng)度σ=Mmax/γW=6Mmax/γt2=（6×17.87×1000）/（1.2×302）=99.28 N/mm2=99.28 MPa<[σ]=155 MPa，故鋼板強(qiáng)度滿足要求。式中α系數(shù)根據(jù)a/b值查相關(guān)資料得α=0.065;a、b分別為板短邊和長邊的邊長;t為鋼板的厚度;γ為鋼板截面塑性發(fā)展系數(shù)，此處取γ=1.2。

故當(dāng)電機(jī)通過坦克車在鋼板上水平牽引時(shí)對地壓力σ=27.5 t/2.25 m2=12.22 t/m2=122.2 kPa<250 kPa，所以通過對地面土壤夯實(shí)后耐壓力滿足電機(jī)水平牽引運(yùn)輸要求。

吊車抬吊時(shí)180 t吊車負(fù)荷最大，以該吊車的支腿來進(jìn)行受力分析，受力分析簡圖如圖20所示：

180 t吊車自重（含配重55 t）G=55 t+71 t=126 t，根據(jù)力矩平衡公式∑MA=0有：F2×9.625 m=126 t×5.85 m+66.09 t×13.35 m，計(jì)算得F2=168.25 t，則吊車單根支腿受

力為F2/2=84.125 t。由于吊車吊裝作業(yè)時(shí)，每個(gè)支腿下方均設(shè)置一2 m×2 m×100 mm厚鋼制墊板（該鋼制墊板為吊車自身配帶），故單腿下方地基的承載力為84.125 t/4 m2=21.03 t/m2=210.3 kPa<250 kPa，所以通過對地面土壤夯實(shí)后地基的承載力滿足吊裝作業(yè)要求。

4.6 電機(jī)水平牽引力計(jì)算

電機(jī)的水平牽引采用鋼制滾輪（D=72 mm）坦克運(yùn)輸小車在鋼板上進(jìn)行，故坦克運(yùn)輸小車鋼制滾輪與鋼板之間滾動摩擦系數(shù)f1取0.05，坦克運(yùn)輸小車與電機(jī)底板之間的滑動摩擦系數(shù)f2取0.1，起動附加系數(shù)K取1.5，牽引下坡坡度為5 ‰（1/200），電機(jī)重量為110 t，則電機(jī)起動時(shí)的牽引拉力為S=K×Q×（f1+f2）/D=1.5×110×1.1×（0.1+0.05）/7.2=3.78 t。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，考慮其它一些不利因素，故采用兩個(gè)5 t手拉葫蘆進(jìn)行牽引滿足要求。

5 結(jié)束語

在狹窄空間內(nèi)進(jìn)行大型設(shè)備的吊裝需要充分掌握現(xiàn)場實(shí)際情況，認(rèn)真分析核算和畫圖模擬，通過對比選擇出最優(yōu)的實(shí)施方案。在實(shí)施過程中要細(xì)致準(zhǔn)備，精細(xì)操作，安全措施到位，以確保設(shè)備吊裝任務(wù)圓滿完成。

參考文獻(xiàn)

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[定稿日期]2021-05-27

[作者簡介]馮剛（1970～），男，碩士，高級工程師，從事安裝工程技術(shù)、質(zhì)量安全管理工作;劉向東（1968～），男，碩士，高級工程師，從事安裝工程技術(shù)、質(zhì)量安全管理工作。