用于鋼結構間冷塔加強環提升的液壓爬升系統

嚴李榮，李興奎，呂振剛，郭世滔，馬 勇，周大海，梁 濤

（柳州歐維姆機械股份有限公司，廣西 柳州545006）

0 引言

間接空冷是近年來興起的火力發電廠節水型冷卻設備，主要用于汽輪機乏汽的冷卻。傳統的間接空冷塔均采用鋼筋混凝土，造價高、工期長，且抗嚴寒性、抗震性差。目前全鋼結構間接空冷塔已經在國內開始推廣，其具有總體質量較輕，抗震性好，成本低等優勢，而混凝土塔很重，抗震性能差，特別是在北方的冬季施工，混凝土容易凍住，施工工期很難保證[1]。

全鋼結構間接空冷塔在歐洲應用很廣泛，建設的周期相對混凝土結構至少短一半時間（混凝土塔的建設周期要一年多），因為鋼塔可以在工廠預制好構件，在工地用焊接或者螺栓的方式連接，安裝時間可大幅縮短，則可更早發電。此外，還擁有鋼材資源可回收利用的優勢，電廠壽命周期結束后，鋼塔所用鋼材拆除后可再利用，節約資源和減少污染排放。

目前鋼結構間接空冷塔在安裝過程中采用履帶吊和高空拼裝的方式進行，在對于大型間接空冷塔來說效率低，施工不方便。本文介紹一種鋼塔內加強環整體吊裝的安裝方式，配合履帶吊可以大大的縮短工期，提高施工效率。

1 工程介紹

新疆奇臺電廠2×660 MW發電機組間冷塔采用鋼結構塔體，如圖1所示，鋼塔高174.99 m，下部錐體底部直徑為151.11 m，錐體高度55 m，上部圓柱塔體直徑為101.8 m，圓柱塔體高度119.99 m。間冷塔由三角形網格、加強環、展寬及外圍護鋁板組裝而成，塔體均為鋼結構，單臺塔身鋼結構重約5 704 t。錐體部分為5層三角形網格組成（單件三角形最大質量7 t左右），上部圓柱塔體分13層三角形網格組成（單件三角形最大質量5 t左右），采用履帶吊的形式安裝。塔體上部圓柱塔體內有5層加強環，5圈加強環（包括操作平臺）合計重量約1 684 t，采用地面焊接，整體吊裝的形式安裝。0～55 m提升重量最大，提升重量在每層加強環就位后逐層遞減。加強環標高分別為55 m、82.69 m、110.38 m、138.07 m、165.76 m。

圖1 電機組間冷塔鋼結構示意圖

2 加強環的安裝方案

（1）加強環可采用大型吊裝高空拼裝，高空現拼，高空作業量大，效率低，焊接質量相對難度大，長期占用大型履帶吊成本高；（2）可地面整體焊接，可保證焊接質量，但其整體重量重，達1 684 t，雖可采用鋼絞線式的液壓同步提升方式，但由于為多層加強筋，施工周期長，長時間采用鋼絞線懸吊和焊接作業，其安全性讓人擔憂。為此開發了一種新的安全可靠，既可提升超大、超重加強圈，也長時間停留在某一位置，還可作為工作平臺的液壓爬升系統來輔助安裝鋼塔。

五層加強環在地面焊裝組裝好，在第五層加強環下設置爬升機。利用液壓爬升系統把五層加強環同時提起來，當第一層加強環提升到位置時，將放置在最低層的第一層加強環解脫固定在圓柱塔體上。然后繼續提升，逐步把第二、三、四、五層加強環固定在圓柱塔體上。整個提升過程中高度越高，重量越輕。

3 液壓爬升系統

新疆信友奇臺2×660 MW發電機組工程間接空冷系統鋼結構塔加強環整體液壓爬升系統設備配置如下：爬升控制系統1套，爬升機32臺，液壓泵站7臺，提升桿組件32套，插板32塊。

如圖5在第五層加強環下設置32個支座，呈圓周布置，每個支座下安裝一臺爬升機，液壓泵站安裝在第五層加強環上，負責控制附近的4~5臺爬升機。控制主站放置在地面上，遠程控制爬升機的動作。在鋼塔體對應每個支座的位置上方安裝上吊點，提升桿穿過上吊點和爬升機，用插板固定在上吊點。

圖2 爬升設備安裝布置圖

3.1 爬升機

爬升機是液壓爬升設備的執行機構，爬升機由兩臺千斤頂、上夾持器、下夾持器、導向裝置組成，見圖3。千斤頂的作用是頂升重物和更換上、下棘爪的位置。上夾持器為過渡支承，每次下夾持器工作完成后，就通過它來做臨時固定。下夾持器為工作主要部分，頂升時負責提供支承點，頂升到位后移動棘爪到下一個位置，準備進行下一次的頂升。爬升機安裝在最第五層加強環下面，提升桿下端穿過爬升機，上端用插板固定在上吊點，見圖3。

圖3 爬升機及安裝示意圖

爬升機是采用棘輪和棘爪的工作原理，結合液壓提升技術，使爬升機通過在提升桿上爬升，把爬升機上的重物提升到一定高度。爬升工作時，下夾持器棘爪卡在提升桿的卡槽上作為支點承力，泵站供油，千斤頂活塞向下同時伸出，通過上夾持器推動重物向上移動。當上夾持器的棘爪移動到上一個卡槽位后，泵站換向供油，爬升機活塞同時回縮，把載荷轉換到上夾持器棘爪位置。當上棘爪完全承力后，以此為支點，下夾持器棘爪向上移動一個卡槽位置，直到當下夾持器棘爪移動到卡槽位后，泵站再次換向供油，千斤頂活塞同時向下伸出，推動上支承座、上棘爪和重物向上移動。如此反復，把重物頂升到一定高度。

3.2 液壓泵站

液壓泵站是液壓爬升設備中的液壓動力裝置。泵站上的控制閥組配置有液控單向閥、平衡閥、安全閥。控制閥組的作用是控制一臺爬升機的動作，實現爬升機帶動重物的爬升或下降，見圖4。

圖4 液壓原理圖

當電磁換向閥處于中位（即不帶電）時，系統壓力卸荷。液控單向閥用以切斷伸缸（爬升）油路內的壓力油，保證在停機或不送油、油泵空運轉的情況下，伸缸油路的長時間持荷。平衡閥用于保證帶載下降時，爬升機油缸動作平穩。安全閥用來限制系統的最高壓力，當壓力超過設定值時，該閥泄荷，保證系統安全。壓力傳感器用來實時檢測爬升機的油壓，并將油壓以信號形式傳遞到控制系統，以實現壓力的顯示或控制[2]。

3.3 爬升控制系統

爬升控制系統由控制主站、現場控制箱、泵站啟動箱以及壓力傳感器、位移傳感器組成。

每臺現場控制箱對應1臺油泵和最多5臺爬升機，可通過操作盒或接收控制主站的指令來控制油泵電磁閥間接控制爬升機動作，同時采集爬升機上的傳感器數據。

控制主站通過工業控制器網絡與控制子站通信，整體監視所有爬升機負載和動作，以及控制所有爬升機動作，見圖5。

圖5 控制原理圖

控制系統配置有壓力傳感器、位移傳感器，采用位移和壓力雙控制的方法，根據傳感器的反饋數據來實現對32臺爬升機的同步調節[2]。

爬升控制系統具備下面的功能：

（1）操作功能

控制系統具有三種操作模式：①自動模式，②手動模式，③調整模式。

（2）同步調節功能

系統默認開啟此項功能（可手動關閉），在自動模式或手動模式下，爬升機單行程內伸缸或縮缸位移差超過同步設定值，系統自動控制爬升機等齊后再繼續動作。

（3）報警提示及安全保護

系統具備超壓、位移超差、自動或手動狀態下傳感器斷線等報警提示功能。報警觸發時，主控臺閃光蜂鳴器發出聲光警告提示，觸屏同時顯示文字提示，同時系統內部自動觸發一次急停功能，使系統在報警出現時自動停止任何動作。

3.4 提升桿

提升桿右工作部分上開有卡槽，用于爬升機頂升時承載用。提升桿左邊開有方形孔，配合插板可以固定在上吊點處，示意圖如圖6所示。

圖6 提升桿和插板示意圖

4 基于液壓爬升系統的施工方法

4.1 設備安裝

將爬升機和液壓泵站安裝到加強環的指定位置，擺放好主控臺，連接油管和傳感器。

4.2 安裝提升桿

把提升桿下端穿過爬升機，上吊點處用插板固定好提升桿。

4.3 預提升

采用逐級加載的方式慢慢加載至90%，每加載一級，停10 min，觀察爬升設備和鋼結構的情況。逐級加載至90%后，進行手動同步提升，將加強環整體提離地面一個卡槽的高度，觀察一天。

4.4 試提升

啟動泵站，設置好參數，自動提升兩節，觀察鋼結構、爬升設備是否正常，以及程序和設定參數是否合理。

4.5 正式提升

啟動泵站，設置好參數，采用自動提升方式提升加強環到指定位置。

4.6 負載轉換

先利用千斤頂把提升桿的重量轉移到轉換索上。打開爬升機棘爪，將每根提升桿提起到指定高度位置，用插板固定好。利用千斤頂把轉換索的重量轉移到提升桿上。

4.7 再次提升

啟動泵站，設置好參數，采用自動提升方式提升加強環到指定位置。

按步驟4.5~5.7反復進行，五層加強環提升到第一層加強環的位置時，第一層加強環通過焊接固定在鋼結構塔體上后才解除，然后剩下的四層加強環繼續提升，直到將每個加強環提升到位固定好。

5 結論

基于以上方法完成了新疆信友奇臺2×660 MW發電機組工程間接空冷系統鋼結構塔加強環整體提升。設備在運行期間工作正常，加強環提升平穩。通過對該工程的研究，采用提升桿的卡槽和爬升機的棘爪這種結構形式進行大型鋼構件的提升是安全可靠的。與其它的提升形式相比較，這種提升形式適用于一邊提升一邊安裝的大型鋼結構場合，提升的鋼結構同時可以作為一個大型的工作平臺，方便工人在高空作業。另外設備可重復使用，也可根據鋼結構的重量來自行組合爬升設備的數量，大大的降低了施工的成本。見圖7。

圖7 新疆信友奇臺電廠加強環提升現場