淺析金沙峽水電站發電機轉子翻身技術

□ 陳天明

金沙峽水電站位于大通河中下游的青海省互助土族自治縣境內，電站裝設容量為3臺20MW和1臺10 MW的混流式水輪發電機組，年發電量26530萬KW。電站海拔2200m，距西寧市約141km，主要由擋水泄水建筑物（沖砂閘、溢流壩）、引水建筑物、發電廠房、尾水渠及開關站和生活區等設施組成。

發電機轉子為水電站的要件。對于中小型水電站，通常是轉子水平運輸到現場，安裝前在現場進行翻身。金沙峽水電站發電機轉子重約80t，橋式起重機為QD100t/20t～16m，直接翻身存在困難。下面簡要介紹一下發電機轉子的翻身技術及金沙峽水電站工程的具體應用。

一、水電站發電機轉子的常規翻轉方法

轉子翻身通常有如下幾步：一是改造副鉤的提升能力，使副鉤能夠承擔至少超過轉子一半的重量；二是提升時，主鉤與轉子專用吊耳之間用鋼絲繩纏繞，副鉤與轉子大軸之間用鋼絲繩直接綁扎；三是提升過程中，主、副鉤同時提升，當轉子離開地面約50cm之后，讓主鉤起升，副鉤根據起吊情況降落，直至轉子完成翻身。

在常規的翻身過程中，一般存在如下幾個問題：一是鋼絲繩的綁扎過長，影響轉子的起吊高度；二是無法將鋼絲繩綁扎均勻，致使起吊過程中鋼絲繩受力不均；三是因鋼絲繩綁扎時纏繞的股數較多，容易產生背繩、吊耳割繩的現象。

二、金沙峽水電站所采用的轉子翻身方案

在金沙峽水電站發電機轉子翻身過程中，技術人員總結了多年的施工經驗，對翻身過程進行了詳細的計算與校核，制訂了切實可行的方案。

（一）轉子翻身前應具備的條件

由于轉子的翻身在安全性方面要求很高，因而翻身前需完成以下三項工作：一是吊車梁要通過全面驗收；二是完成橋式起重機負荷試驗；三是安裝間轉子檢修坑要達到使用條件。

（二）橋吊副鉤改裝及鋼絲繩的選擇、校核(見發電機轉子翻轉示意圖)

發電機轉子翻轉示意圖

金沙峽水電站橋機20t的副鉤在轉子翻身時起重能力過小，不能直接配合主鉤進行轉子的翻轉，所以要對橋吊副鉤增設定、動滑輪組以提高副鉤的起重能力。初步考慮配備 2×2的 滑 輪組，將起吊鋼絲繩一端固定到橋吊上，同時在橋吊小車上固定一靜滑輪，另一端經滑輪組連接到小鉤上，則副鉤的起重能力可增加為80t。該電站轉子重80t，主、副鉤同時提升時，每鉤所承擔的重量最大不會超過80t，增加2×2滑輪組完全可以滿足轉子翻身的要求。

1.捆綁繩的選擇及校核

由于捆綁繩直接承受著轉子的重量，故需選取較大的鋼絲繩。依據資料綁扎繩的安全系數范圍為8～10，取安全系數K1=8。

副鉤承擔重量按50t考慮，則鋼絲繩的總破斷拉力F總=50×8×9.8=3920KN，考慮用4根鋼絲繩捆綁轉子，則每根鋼絲繩必須滿足的破斷拉力F單=3920/4=980 KN

查資料選擇6×37＋1、φ39、公稱抗拉強度為1850MPa的鋼絲繩，其破斷拉力F1=1040KN＞F單，滿足要求。

2.起吊繩的選擇及校核

依據資料，起吊繩的安全系數范圍為5～6，取安全系數K2=5。

在副鉤增加了2×2的滑輪組后，起吊繩必須滿足破斷拉力 F起=50×5×9.8/4=612.5 KN。

依據資料，選擇6×37＋1、φ30.5、公稱抗拉強度為1850MPa的鋼絲繩，其破斷拉力F2=643KN＞F起，滿足要求。

3.吊耳的選擇及受力校核(見專用吊耳結構圖、主鉤與專用吊具示意圖)

專用吊環結構圖

由于該電站橋機的主鉤為對稱的雙鉤，因此考慮用厚度為40的鋼板設計兩個橢圓型的吊環，吊環上半圓內側的曲率半徑與橋機主鉤外形尺寸配割，盡量使主鉤與吊環緊密接觸。下半圓內側的曲率半徑要以轉子吊耳的直徑確定，以能自由套入轉子吊耳為宜，應保證接觸角大于60。提升過程中，吊環與轉子吊耳接觸處涂抹黃油。為保證吊環的穩定性，在主鉤受力拉緊之后，用鋼板將兩個吊環焊接為一整體。

吊環材質選用σ=40mm的Q235鋼板，吊環寬度初步確定為100mm，每個吊環由兩層鋼板疊焊而成。吊環的校核計算過程如下：

1) 每個吊環的抗拉截面：S=80×100×2=16000mm2;

2) 吊裝過程中受力總截面:2×S=32000 mm2;

3) 由資料查得Q235鋼板的抗拉強度為375-500MPa，計算時按400 MPa考慮，則最大承受拉力F=400MPa×S總=40Kg/mm2×32000mm2=1280(T);

主鉤與專用鉤具示意圖

4) 安全系數k=1280/80=16，安全系數滿足要求。

因吊環與吊鉤、吊耳之間為緊密接觸，故不再做抗彎及穩定性校核。

（三）結果分析

1.吊環與轉子吊耳之間在提升過程中為滑動，受力較好，翻轉過程均勻，不會出現轉子抖動的現象。

2.用吊環代替鋼絲繩，避免了鋼絲繩纏繞過程中因纏繞長度不均而造成的受力不均、背繩及吊耳割繩的問題。

3.吊環的長度可根據現場實際情況確定，在不影響吊裝的情況下盡量縮短吊環的長度，這樣可以解決吊裝時鋼絲繩纏繞過長而影響轉子起吊高度的問題。

此外，在轉子翻轉過程中，應注意副鉤繩與轉子磁極接觸處要用方木墊開，以避免轉子磁極局部受力過大。