9 000 kN固定卷揚式啟閉機的安裝與施工

張 普 風， 陳 苗， 蔣 天 國

(中國水利水電第五工程局有限公司 機電制造安裝分局，四川 成都 610066)

1 概 述

錦屏二級水電站利用雅礱江下游河段錦屏大河灣的天然落差，截彎取直，通過各長16.6 km的4條引水隧洞(開挖洞徑達13 m)，獲得水頭約310 m用于發電。地下發電廠房位于雅礱江錦屏大河灣東端的大水溝，采用一洞一室兩機布置形式，共安裝8臺單機容量60萬kW的混流式機組，總裝機容量為480萬kW。在4條引水隧洞末端各設一座上游差動式調壓室，每個調壓室設兩孔平面滑動事故閘門，事故閘門通過9 000 kN固定卷揚式啟閉機實現靜水啟動水閉。

固定卷揚式啟閉機的單吊點啟門力為9 000 kN，揚程為118 m，目前為世界同類最大(圖1)。啟閉機機架分兩件制造，兩件尺寸分別為7.96 m×3.15 m×2.56 m和7.96 m×2.85 m×2.35 m，通過連接板連成整體，最大件重量約為16.7 t。啟閉機卷筒直徑為3 m，卷筒裝置尺寸為φ3.46 m×5.8 m，重量為48.6 t。啟閉機的鋼絲繩直徑為52 mm，長度為3 300 m，重量約45 t。動滑輪裝置(組)重15.6 t，滑輪倍率為12。

該固定卷揚式啟閉機安裝于高約13 m、寬約22 m的差動式調壓室(洞室)內，其安裝存在較大難度；尤其是鋼絲繩的安裝(直徑為52 mm、長度為3 300 m、重量為45 t)難度最大。

圖1 9 000 kN卷揚機示意圖

2 安裝重點

(1)由于鋼絲繩直徑為52 mm、長度為3 300 m、重量為45 t，在穿繞到啟閉機雙纏繞卷筒的過程中，極易產生扭曲和脫落，安全隱患與風險最大，應做為重點而予以特別關注；

(2)啟閉機卷筒直徑為3 m，卷筒裝置尺寸為φ3.46 m×5.8 m，重48.6 t，安裝于高約13 m、寬約22 m的洞室內，吊裝空間受限，吊裝成難題；

(3)工期緊張，能否順利完成9 000 kN卷揚機安裝，將直接影響錦屏二級水電站2012年充水發電的目標；

(4)閘門檢修門槽尚未完成鎖定平臺澆筑(圖2)，不具備先將動滑輪組與鋼絲繩連接，再將閘門與滑輪組連接的條件。由于啟閉機動滑輪組的上吊耳板與閘門吊耳板為穿軸連接，若滑輪組吊耳孔與閘門吊耳孔稍有偏差，連接軸則不能穿過。此時正在進行檢修門槽土建施工，閘門只能放在檢修門槽的上游側，而不能放在9 000 kN固定卷揚式啟閉機的正下方。

3 安裝方案

鑒于該臺單吊點啟門力為9 000 kN的固定卷揚式啟閉機尚無成熟經驗可借鑒，經反復論證，最終決定采用先將閘門與滑輪組連接，再利用閘門井(高度為131.8 m)釋放卷繞鋼絲繩，最后將鋼絲繩穿過滑輪組、固定在卷筒上的安裝方案。

圖2 位于高程1 680 m的上游調壓室閘門檢修門槽示意圖

4 過程控制

4.1 啟閉機卷筒裝置的吊裝

啟閉機卷筒、機架等部件通過上游調壓室交通洞被運到上游調壓室(洞頂高度為13 m)內的1 696.5 m高程平臺，而后進行組裝。采用200 t汽車起重機吊裝卷筒裝置，吊裝時吊車回轉中心距洞室軸線約為9 m，吊車主臂長度為17.6 m，在吊車工作幅度為10～11 m時允許起吊59 t(大于卷筒裝置總重量48.6 t)，主臂傾角約53°(吊裝平面布置圖、吊裝立面圖在此略去)，經過試吊并檢查起重機各個機構主要部位和整機穩定性等未見異常，確認安全，而后正式進行起重作業(圖3)。

圖3 卷筒吊裝圖

4.2 鋼絲繩的安裝

(1)準備。 將閘門吊至檢修平臺上游，利用吊車把動滑輪組按其使用狀態吊到閘門吊耳部位，使動滑輪組的吊耳板與閘門吊耳板對正并穿軸，再用鎖扣和鋼絲繩將動滑輪組與門葉固定。圍繞動滑輪組搭設簡易平臺，以保證工作人員進行鋼絲繩穿繞等工作的安全(圖4、5)。

圖4 工作平臺搭設示意圖

(2)卷繩。 在上游調壓室1 696.5 m高程平臺上，利用汽車起重機把啟閉機的鋼絲繩整卷吊至專用放繩架(帶制動功能為宜)上，以保證鋼絲繩能順利放出而不打扭。根據鋼絲繩在卷筒上的卷繞方向，先用麻繩把鋼絲繩繩頭拉住，從放繩架上緩緩放繩，直至能用壓板將鋼絲繩繩頭固定在卷筒(左)上，再開動啟閉機收繩，放繩架由人工放繩，把鋼絲繩全部卷到卷筒(左)上。在鋼絲繩收、放過程中，需由專人負責控制放繩速度，以防止鋼絲繩因過松而打扭(圖6、7、8)。

圖5 滑輪組與閘門連接示意圖

圖6 放繩架放繩示意圖

圖7 鋼絲繩放繩架圖

圖8 鋼絲繩卷繩示意圖

(3)“小繩帶大繩”完成穿繩。 在1 696.5 m高程平臺布置一臺5 t慢速卷揚機，將該卷揚機的鋼絲繩(φ22，已經核算受力與長度)穿過動滑輪組、定滑輪組及平衡輪，將φ22鋼絲繩繩頭與φ52鋼絲繩繩頭借助一M24螺母(已經核算受力)焊接相連。啟動5 t卷揚機，通過“小繩帶大繩”完成9 000 kN固定卷揚式啟閉機的穿繩工作。應特別注意鋼絲繩連接繩頭進入滑輪時有無卡阻，應及時做引導(圖9、10)。

圖9 “小繩帶大繩”穿繩示意圖

(4)當φ52鋼絲繩完全穿過動滑輪、定滑輪及平衡輪后，關閉5 t固定式卷揚機并解開φ52鋼絲繩與φ22鋼絲繩的連接，將φ52鋼絲繩繩頭拉到上游調壓室平臺，用鎖扣將繩頭固定在卷筒(右)的機架上(暫不固定到卷筒上)。開動啟閉機卷繩，直到鋼絲繩受動滑輪重力后再升高少許，使固定動滑輪組的鋼絲繩松動，拆卸固定用的鋼絲繩，使動滑輪組自由吊于啟閉機鋼絲繩上。將臨時平臺上的人員撤離并拆掉平臺(圖11)。

圖10 鋼絲繩安裝示意圖

圖11 繩頭固定示意圖

(5)開動啟閉機卷繩，將閘門吊離檢修平臺，使閘門處于自由懸空狀態(圖12)。

圖12 閘門吊離檢修平臺示意圖

(6)開動啟閉機放繩，讓閘門落到門槽底檻上，直到卷筒上的鋼絲繩放盡。將鋼絲繩繩頭按照設計要求固定在卷筒(右)上，解開機架上固定鋼絲繩的鎖扣，此時，鋼絲繩的兩個繩頭已按設計要求分別固定在卷揚機上(圖13)。

圖13 繩頭安裝完成示意圖

(7)開動啟閉機卷繩，將閘門提至最大行程高度。開動啟閉機放繩，將閘門落到門槽底檻上，直到卷筒上的鋼絲繩放盡。如此反復多次，有效地釋放了鋼絲繩的扭曲勢能。至此，啟閉機鋼絲繩安裝全部完成(圖14、15)。

圖14 啟閉機卷繩示意圖

圖15 閘門提升圖

5 結 語

通過采用先將閘門與滑輪組連接，再通過閘門井(高度為131.8 m)空間，利用啟閉機和卷揚機釋放、卷繞鋼絲繩，最后將鋼絲繩穿過滑輪組、固定在卷筒上的安裝方案，順利完成了錦屏二級水電站上游調壓室1#井事故閘門及啟閉機的安裝任務，實現了錦屏二級水電站2012年“一洞雙機”目標。

通過上述安裝方案的實施，確認其值得安裝類似大型固定卷揚式啟閉機借鑒。