凌津灘水電廠機組排水環吊裝工藝

唐中略，歐陽顯偉，王章軍

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙410004）

1 概述

為了保證凌津灘電廠機組有效、安全、經濟運行，經電廠和廠家等多方面專家共同研究決定，對4～9號機排水環進行更換。排水環分上、下兩半組合，下半部有Ф600 mm的人孔門。兩端部為喇叭口，進口直徑7 314 mm，出口直徑為7 271 mm，中部是以漿葉為中心的球形體，球的空間直徑為Ф6 900 mm，內襯一層（鋪焊）不銹鋼。漿葉與轉輪室內設計總間隙為9 mm，單邊間隙為4.5 mm，允許間隙為3.8 mm至6.08 mm。上游側法蘭與外配水環相連，下游側套進伸縮節。構成排水環的材料為Q235A結構鋼，上半部分重約為24 t，下半部分重約為26 t，工程中使用廠房橋機150 t主鉤起吊。

工程中，導水機構調速環分兩部分組成，在45°方向有突出（100 mm×300 mm）的連接面，上排水環可以直接進行吊裝，下排水環由于大軸的突出（多出排水環法蘭面840 mm），在吊裝下半節排水環時，廠房150 t橋機利用主鉤吊不能直接吊出下半節排水環，為了繞過大軸的突出部分，必須對下半節排水環采取旋轉的方法進行吊裝。通過對實際現場的勘察和合理的受力分析，提出合理的實施方案，根據本方案，現已順利完成4號、5號機排水環的更換工作。

2 受力分析及校核

2.1 鋼絲繩的受力分析

排水環垂直位置時主鉤鋼絲繩受力如圖1，已知下半節排水環總重量約30 t。擬選用一對6×37+FC、Φ42×4 m-4圓股纖維芯鋼絲繩起吊，公稱抗拉強度1 700 MPa，單根長度4 m，2個吊點，共4股。

圖1 弧形吊板尺寸

根據下半節排水環起吊示意圖計算單股鋼絲繩受力為:

單股鋼絲繩受力（許用拉力s）=起重荷重/（鋼絲繩股數N·cosA）=30/（4×cos0°）=7.5 t =75 kN

單股鋼絲繩最小破斷拉力：F=單股鋼絲繩受力S×安全系數K=75×6=450 kN

單股鋼絲繩最小破斷拉力：F=0.52(取0.49)×d2

鋼絲繩直徑：d2=450/0.49=918.3，d=30.3 mm

因此，選用Ф42鋼絲繩直徑大于30.3 mm是安全的。

2.2 弧形吊板螺栓的受力分析

采用兩吊板是M42×70-4、M36×50-4，一組四孔，分別受力大約10 t，現計算M36×50-4螺栓的受力，許用剪力為[?]=60 MPa.有4個螺栓連接，求每個螺栓可能承受的許可載荷。

剪切力即為許可載荷值，故螺栓所受許可載荷為6.1 t。一組四個則6.1 t×4=24.4＞10 t，螺栓所受許可載荷力是安全的。

2.3 吊具與弧板焊縫接頭的許用拉力分析

已知焊縫金屬的需用剪切力[τ]=9×107Pa，板料寬L=200 mm，板料厚D=30 mm，采用T型接頭，焊角高度K=30 mm。

根據T型接頭強度計算公式：

所以焊縫的所受許用剪切力是安全的。

3 施工方案及過程

3.1 上半部排水環吊離

上半部分排水環可以進行直接吊離。

3.2 下半部排水環吊離

（1）架設支墩，將下排水環下降700 mm至支墩上；

（2）拆除轉輪及水導軸承支架，并吊離至安裝場。

3.3 專用吊板及加固裝置的制作

（1）用厚度為30 mm的鋼板制作4塊弧形吊板和10個吊耳，弧形吊板的參數尺寸見圖1，吊耳的尺寸參數見圖2，其中螺栓孔的位置要經現場放樣后切割。

圖2 吊耳尺寸

（2）在配水環法蘭面（M42×7）及基礎環法蘭面（M36×50）上分別安裝弧形吊板，安裝位置如圖3 a）、b）所示。

（3）用φ100厚壁鋼管，M40鋼制作4道支撐對下排水環進行加固，將其并排布置，經放樣后對M40板進行鉆孔，配置銷釘螺栓,銷桿長度為70 mm。如圖4；為了避免支撐阻礙吊裝，將④號支撐做如下圖5改裝。支撐具體結構見下頁圖6。

圖3

圖4 改進前排水環加固裝置示意圖

圖6 支撐大樣

3.4 下半部排水環鋼絲繩的安裝

如圖7所示。

圖7 手拉葫蘆的分布

利用廠房150 t橋機主鉤起吊，右側由橋機主鉤掛鋼絲繩（Φ42×4 m-4）連接2個40 t手拉葫蘆，掛鋼絲繩（Φ38×13.8 m-2）連接2個20 t手拉葫蘆（起翻身作用，先不受力），在排水環右下60°筋板位置切割吊裝孔。左側利用專用的弧形吊板掛鋼絲繩（Φ42×4 m-2）連接2個20 t手拉葫蘆（手拉葫蘆有效鏈條4 m左右）。另外，在下端的弧形吊板上掛2個10 t的手拉葫蘆，做保護作用。

3.5 下半部排水環旋轉翻身至垂直

點動上升橋機主鉤，密切觀察鋼絲繩受力情況，使右側鋼絲繩和葫蘆均勻充分受力，左側利用上弧形吊板所掛的手拉葫蘆使鋼絲繩受力，按照右側橋機主鉤上升約100 mm，左側葫蘆下降80 mm，使得下半節排水環產生旋轉，如圖8。

圖8 下半部排水旋轉翻身至垂直

通過受力分析，當弧板葫蘆不受力時，主鉤F=排水環自重G，且都通過重心，在同一直線上。

由此可得又且已知排水環R=3800 mm，故L=4128 mm。所以Sinθ=解得 θ ≈ 67°。

即當排水環翻轉大約67°位置時，左側吊板葫蘆不受力，可以拆除。

3.6 下半部排水環吊離基坑

調整橋機主鉤上40 t、20 t手拉葫蘆，使下半節排水環處于垂直位置，稍起主鉤，橋機大車向右走1 m距離，慢慢起吊橋機主鉤，將下半節排水環安全的吊出流道基坑，吊至副安裝場，如圖9所示。

圖9 下半部排水環吊離基坑

3.7 下半部排水環翻身至水平

將排水環旋轉90°，副鉤上掛鋼絲繩（Φ38×13.8 m-2），連接 2個20 t的手拉葫蘆，吊點掛在排水環下端，副鉤緩慢起升，使鋼絲繩充分受力，按照副鉤起主鉤降的程序，將排水環進行翻身至水平后，放置在枕木上。翻身過程如圖10所示。

圖10 下半部排水環翻身至水平

4 結束語

為了解決凌津灘電廠燈泡貫流式機組下排水環難以吊裝的問題，設計了通過旋轉下排水環分步吊裝的方案，凌津灘事業部根據本文提供的方案分別于2012年完成5號機組、2013年完成對4號機組、2014年完成6號機組、2015年完成9號機組等排水環的更換工作，現均已運行1年以上，經反復檢查尚未發現缺陷，說明該方案具備可行性，也為今后其他電廠類似的問題提供一定的參考價值。

參考文獻：

[1]GB/T8564-2003水輪發電機組安裝技術規范[S].