接力換繩法在貫流式機組大軸吊裝中的應用

王 龍，李博偉，劉慧鳳，張軍智，任 巖

(1.中國水電顧問集團西北勘測設計研究院，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Kalabagh鎮下游約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，開挖明渠引水，修建廠房發電。樞紐工程由引水渠、廠房、尾水渠和開關站等組成。電站安裝8×12 MW豎井貫流式水輪發電機機組，電站主要任務是發電，多年平均發電量6.07億kW·h。

豎井貫流式水輪發電機組是開發超低水頭水力資源的良好機型，其結構特點為將發電機布在水輪機上游側的一個金屬殼體或混凝土豎井中，發電機與水輪機通過行星齒輪增速裝置相連接。該機組除具有一般貫流式水輪機的優點外，因發電機和增速裝置布置在開敞的豎井內，通風、防潮條件良好，運行和維護方便。本文結合真納水電站機組實際特點，論述采用接力換繩方案對機組大軸進行吊裝。盡管施工難度稍有增加，但該方案以數個手動葫蘆替代大軸吊裝專用移動工具，減少了機組制造的成本。在大軸吊裝的實際操作中各手動葫蘆的配合良好，從大軸安裝完畢到吊裝到位，僅需要半天即可完成，吊裝過程滿足相關規程規范，滿足工程進度上的要求。

2 水輪機、大軸、橋機主要技術參數

2.1 水輪機

型號 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

額定轉速 72.67r/min

轉輪直徑 6.5m

2.2 大軸

重量 22.1t

外形尺寸 5 600mm×φ800mm

2.3 橋機

型號 125/32/10t，Lk=18.5m

起重機跨度 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大軸吊裝慣例，大軸采用橋機主鉤配合移動裝置(移動臺車或者吊裝工具車輪)進行吊裝。吊裝流程大體如下:大軸吊入機坑前，在安裝間試吊，保持水平狀態后吊入機坑內再慢慢轉動45°或者90°，使之順水流方向，找正位置，下落大軸，使水導軸承殼的承重面落于臺車上或者使大軸吊裝工具支架滾輪落在導軌上;松掉橋機主鉤鋼絲繩，分別用預先設置在導水機構內環下游側±X方向處的手動葫蘆和導水機構外環下游側±X方向處的手動葫蘆牽引大軸向下游移動，直到大軸就位為止;分別將組合軸承支撐環與座環上游側法蘭面、水導軸承與內配水環法蘭板把合，等軸線調整后，再分別打定位銷。

真納水電站機組型式為豎井貫流式，為了減少機組造價，廠家在大軸設計中取消了常規貫流式機組設置的大軸吊裝移動裝置。在主機廠提供的吊裝方案中，僅利用3個20t手動葫蘆接力配合大軸頂起工具(見圖1)將大軸吊入就位。筆者認為，上述方案很難滿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，為了使大軸往下游移動，需要在管型座內部±X合適位置設置1個提供牽引力的手動葫蘆。另外，貫流式機組的特殊結構(豎井和管型座上部支撐之混凝土實體)阻斷了橋機吊裝大軸的行進路線。因此，在大軸進入豎井并往下游(水輪機轉輪方向)移動過程中，導水機構內配水環上游側、下游側以及導水機構外配水環下游側各需要配置一個手動葫蘆以備大軸下移過程中橋機主、副鉤換繩之用(見圖1)。這樣總計至少需要6個手動葫蘆。主機廠提供吊裝方案中手動葫蘆數量不夠，大軸吊裝的安全系數較低。其次，真納水電站裝機共8臺，安裝強度比較大，采用3個電動葫蘆吊裝方案會造成整個安裝進度滯后，影響工程進度。本文結合廠家設計吊裝方案并根據現場實際情況，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組的大軸吊裝比較，雖起重設備多、人力投入大，但減少了機組制造的成本。

4 大軸接力換繩吊裝步驟

4.1 大軸吊裝條件及準備工作

圖1 吊點布置

導水機構安裝完畢后，裝配大軸，水導軸承瓦，安裝大軸上、下游兩側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。在豎井基礎上游側上部混凝土中的預埋墊板上焊接厚度為60mm拉環(其結構形式同下述管型座上游側吊耳)，并記做牽引力點⑷，使用1個10t手動葫蘆配合1個12t卸扣及1條規格為φ16mm×16m的鋼絲繩連接在大軸上游側法蘭面，用作平衡大軸吊裝過程中下游方向牽引力。與牽引力點(4)連接的手動葫蘆記做手動葫蘆4。管型座上游側面+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(5)，吊耳上配合1個25t卸扣，卸扣連接1個20t手動葫蘆和繩頭，用做臨時吊點。牽引力點(5)上連接的手動葫蘆記做手動葫蘆5。豎井內部布置一個臨時支撐架，支撐架配合30t千斤頂以備吊裝過程中副鉤與臨時吊點的換繩之用。

管形座內部進人井下方螺栓把合1只厚度為60mm的吊耳，此吊耳記做牽引力點(2)，吊耳上配合1個25t卸扣，卸扣連接1個20t手動葫蘆和繩頭，用做臨時吊點。與牽引力點(2)連接的手動葫蘆記做手動葫蘆2。內導環下游側+Y方向處利用1個25t卸扣連接1個20t手動葫蘆和繩頭，用做臨時吊點，此吊點記做牽引力點(3)。與牽引力點(3)連接的手動葫蘆記做手動葫蘆3。外導環下游側+Y方向處利用1個25t卸扣安裝1個20t手動葫蘆和繩頭，用做臨時吊點，此吊點記做牽引力點(1)。與牽引力點(1)連接的手動葫蘆記做手動葫蘆1。內導環中間肋板孔±X方向處分別利用2個10t卸扣連接2個5t手動葫蘆和繩頭，用做臨時吊點，此處吊點記做牽引力點(6)。與牽引力點(6)連接的手動葫蘆記做手動葫蘆6。其中各個吊耳、吊點的序號(1)～(7)與其上連接的手動葫蘆1～7一一對應，具體位置見圖1。

4.2 橋機主副鉤吊裝大軸

橋機主、副鉤就位，橋機主鉤懸掛1條φ36mm×16m鋼絲繩，鋼絲繩分兩股連接于大軸上游側吊耳。橋機副鉤上分別懸掛1條φ36mm×16m鋼絲繩、1條φ24mm×8m鋼絲繩及1個10t手動葫蘆，副鉤記做牽引力點(7)。牽引力點(7)處連接的手動葫蘆記做手動葫蘆7。副鉤上懸掛的φ36mm鋼絲繩連接在大軸中心位置側的吊具，副鉤上懸掛的φ24mm鋼絲繩和10t手動葫蘆7則連接大軸下游側的吊具。在安裝間對大軸進行起吊前的水平調整，調整水平后將大軸吊入機坑并下降至機組中心線，運行橋機小車，將大軸向下游移動少許。

4.3 大軸中心吊具進入管型座前、后接力換繩及大軸下移

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

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

當中心吊具進入管型座內部后，而此時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放下，并連接大軸中心位置側的吊具、已松掉的手動葫蘆5后懸掛在大軸上游側吊具上并拉緊，主鉤逐漸松鉤直到松掉④。

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

4.4 副鉤靠近管型座下游側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，將手動葫蘆3連接在大軸下游側吊具上并逐漸抽緊，將手動葫蘆2從大軸下游側法蘭面上逐漸松掉，松掉后的手動葫蘆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。

利用手動葫蘆6抽緊、手動葫蘆4放松，各受力葫蘆相應配合使大軸逐漸下移。

4.5 大軸下游側吊具抵達內導環下游面接力換繩及大軸下移

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

拉緊下游側手動葫蘆6，逐漸松開手動葫蘆4，其他葫蘆相應配合使大軸向下游側走，直到整個大軸整體到位。

注:文中①～⑧為大軸吊裝過程中接力換繩施工節點。

4.6 手動葫蘆、吊具的移除

將水導軸承座下方連接板與內導環水導支撐座利用定位銷釘固定，大軸頂起工具將大軸逐漸頂起并逐漸受力，將各個葫蘆按照位置由上游至下游方向逐漸松開，確認大軸穩固后后便可悉數松掉。待軸線調整驗收合格、增速器就位調整完畢，隨后拆除安裝用吊具。

5 吊裝用具及計算

5.1 受力計算(吊耳、螺栓材質為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)，起吊時主鉤 F1=0.082×103kN、副鉤 F2=0.165×103kN、手動葫蘆F3=0.165×103kN。

(2)管型座上游側吊耳強度計算:因為換鉤頻繁，因此按最大受力考慮。寬度300mm，內徑為110mm，厚度為60mm，τmax=4.83 MPa＜［τ］=235 MPa。

(3)大軸重心位置吊具強度計算:因為換鉤頻繁，因此按最大受力考慮。吊柱直徑為120 mm，長為145mm，τmax=21.68 MPa＜［τ］=235 MPa。

(4)管型座下游側吊耳強度計算:因為換鉤頻繁，因此按最大受力考慮。寬度100mm，內徑為60mm，厚度為 40mm，τmax=61.3 MPa＜［τ］=235 MPa。

(5)連接螺栓強度計算:管型座上游吊耳側螺栓為2個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M42螺栓，螺栓拉應力τmax=23.20 MPa＜［τ］=235 MPa。下游吊耳側螺栓為2個M36螺栓，取受力直徑為 30mm。螺栓剪力 τmax=136.11MPa ＜［τ］=235 MPa。

5.2 吊裝設備

鋼絲繩 φ36mm×16m一對、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手動葫蘆4只、10t手動葫蘆3只、5t手動葫蘆2只、2t手動葫蘆1只;30t千斤頂1個、16t千斤頂2個;大于20t起吊繩頭若干。

6 大軸接力換繩吊裝的注意事項

(1)發電機豎井開口上下游長度(6 015mm)大于含吊裝工具機組大軸長度(5 050mm)，因此，與常規貫流式機組大軸吊入發電機豎井需要旋轉轉動45°或者90°不同，豎井貫流式機組大軸在安裝間試吊之后直接調節大軸軸線為順水流方向，然后直接吊入發電機豎井內。

(2)在大軸吊入發電機豎井內部并往下游移動過程中，各個接力換繩先后順序必須正確，以免在大軸吊裝過程出現事故。

(3)為了增速器連接法蘭與管型座上游側法蘭、大軸卡位工具與管型座下游側法蘭、導水機構內水導環下游側法蘭與轉輪以及管型座外導水環法蘭與轉輪室法蘭之間把合正確，圖1中(1)、(2)、(3)、(5)各個牽引力點的吊耳均采用螺栓把合正確，嚴禁采用焊接方式。

(4)在大軸吊裝過程中，應采用有效的措施防止內操作管滑出。

7 結束語

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

［1］劉瑜，王振剛.東江樞紐水輪機組大軸和軸承安裝技術［J］.人民長江，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組大軸組裝、吊裝及軸線調整工藝淺析［J］.水利水電技術，2008(12).

［3］沙錫林.貫流式水電站［M］.北京:.中國水利電力出版社，1999.