抽水蓄能電站主廠房橋式起重機主副小車結構優化與應用

（安徽績溪抽水蓄能有限公司，安徽宣城 245300）

在電站機電安裝及投產后檢修期間均面臨大件設備吊裝頻繁的問題，且經常需要橋式起重機主副鉤聯合起吊。然而傳統橋機的主副小車為一體式結構，主副小車間距離固定不可調，不能滿足不同尺寸的大件設備聯合起吊作業的要求。

本文介紹了安徽績溪抽水蓄能電站主副小車間距可調的橋式起重機。該橋式起重機主副小車結構在滿足傳統起重小車功能的同時，還能實現主副小車間距可調，保證設備吊裝時的便捷性、穩定性和水平度；同時主副小車僅使用一套行走機構、節省了投資。在整圈轉子磁軛吊裝時效果十分明顯，較傳統兩臺橋機聯合起吊節省了一臺橋機，使另一臺橋機可進行其他起吊作業，大大提高了設備利用率。

1 主副小車結構改進目的及改造過程

1.1 績溪抽水蓄能電站概況

安徽績溪抽水蓄能電站（以下簡稱“績溪電站”）裝機容量1 800 MW，安裝6臺300 MW立軸單級混流可逆式機組，籌建期工程于2013年6月20日開工建設，主體工程于2014年12月29日開工建設，工程動態總投資人民幣98.88億元。

績溪電站主廠房共配備兩臺QD250/50t-23A3橋機，為雙梁單小車雙鉤室內用的橋式起重機，用于電站地下主廠房內6臺水泵水輪機組及其附屬設備的安檢，前期用于土建澆筑混凝土。最重起吊部件為發電電動機轉子（約400 t），發電電動機轉子采用二臺橋機并聯運行并通過平衡梁起吊。

為滿足績溪電站轉子整圈磁軛現場組裝起吊的要求，同時方便現場施工及電站投產后的設備檢修及大件聯合起吊工作，對兩臺橋機的主副小車的連接結構進行了改進優化，使主副小車之間的距離可以靈活調整。

1.2 改進目的

目前績溪電站正處于機電安裝高峰期，橋機使用頻繁，現場施工經常需要利用橋機對大件設備（定子機座、頂蓋、底環等）進行起吊作業，會需用到主副鉤聯合起吊，且績溪電站的轉子磁軛采取的是整圈磁軛分段組裝的方式，這對現場的起吊作業提出了新的要求。同時該電站安裝有6臺機組，電站投產后也面臨檢修強度大、橋機起吊工作量大等問題，為便于電站投產后的設備檢修也需要對橋機的主副小車結構進行改造優化。

1.3 改進要求

主要從績溪電站轉子磁軛整體吊裝、大件設備起吊、投產后設備檢修方便等方面考慮，進而對電站主廠房的橋機主副鉤結構進行優化設計。

1.3.1 滿足整圈磁軛吊裝要求

根據績溪電站發電電動機受力計算分析，其轉子磁軛采用了整圈分段吊裝的結構，該結構磁軛強度大，能夠較好地適應績溪電站高轉速、一根軸結構的發電電動機，而這種方式勢必會對磁軛的起吊提出新的要求。

為保證整圈磁軛的起吊水平度精度要求，績溪公司提出了以下3種解決方案：①采用汽車吊和橋機聯合起吊的方式作業；②采用主鉤輔助專用吊具起吊；③采用橋機主副鉤聯合起吊的方式來進行吊裝作業。

經過組織專家人員進行論證，認為第一種方案中所提出的汽車吊和橋機聯合作業方式存在以下問題：①由于主廠房安裝間場地有限，在轉子磁軛吊裝時，汽車吊會長時間占用安裝間場地，影響其他工作的開展，且汽車吊的作業影響范圍較大，增加了安全隱患的范圍。②汽車吊和橋機聯合作業時，需要兩個起重工同時作業，這勢必會存在著操作不同步的現象，從而增加吊裝作業風險性，可能對磁軛造成損傷。另外，由于操作不同步，將不能保證起吊作業時整圈磁軛的水平度，這樣將會延長作業時間。③多投入一輛汽車吊也會增加作業成本。

第二種方案存在以下問題：①對于分段軸轉子支架，由于其軸向高度較低，磁軛安裝可采用鋼絲繩單點起吊的套裝方式。而績溪電站發電機軸為一根軸結構，在廠房起吊高度有限的情況下，無法采用單點起吊，而只能采用雙點起吊的安裝方式。②由于轉子磁軛安裝時轉子支架的位置是固定的，這就要求磁軛起吊后能夠在周向自由旋轉來調整磁軛鍵槽的位置，若起吊點連接在橋機上，橋機不能旋轉，起吊中的磁軛也就無法周向旋轉。要實現自由旋轉，可考慮設計一種由吊架、回轉軸承等組成的專用吊具；而單點起吊對廠房起吊高度要求又太高。對于非一段軸結構、廠房起吊高度充裕的電站可考慮繼續研究單吊點起吊的專用工具的可能性。

1.3.2 適應于不同尺寸的大件設備聯合起吊

對于抽水蓄能電站除定子、轉子（定子及轉子因重量較大，需采用兩臺橋機聯合起吊方式）之外的定子機座、頂蓋、底環等大件設備吊裝，傳統起吊方式多為單鉤起吊、雙小車橋機（此處指兩個小車各自擁有獨立行走機構的橋機）聯合起吊、傳統橋機的主副鉤（此處指主副鉤間距不可調的橋機）聯合起吊等。以上幾種方法有以下缺點：①單鉤起吊時，不能保證設備吊裝穩定性，吊裝風險較大[1]；②雙小車橋機聯合起吊可滿足設備聯合起吊要求，而雙小車意味著需配備兩套小車行走機構，造價較高；③傳統橋機的主副鉤聯合起吊，因主副鉤間距不可調，只能聯合起吊某一種尺寸的大件設備，對大件設備尺寸要求較高，對于其他尺寸的大件設備使用主副鉤聯合起吊。

為解決傳統大件聯合起吊的問題，增加主廠房橋機主副鉤的利用率，績溪電站需對橋機本體的結構形式進行改進優化。

1.3.3 方便設備檢修

對于抽水蓄能電站設備檢修而言，一般10 t電動葫蘆輔以50 t副鉤即可滿足檢修要求，而當大件設備需檢修時如能主副鉤同步起吊則可大大提高檢修工作的工作效率。同時，對于大容量、多機組電站而言，進入安裝期或檢修期后，提前投產發電意義重大[2]，而采用主副鉤聯合起吊可節省一臺橋機，提高橋機利用率，有利于提高進度。

基于上述幾個方面的考慮，績溪抽水蓄能有限公司（以下簡稱“績溪公司”）決定對主副鉤聯合起吊的方式進行研究、論證，并最終決定采用該方式對橋機進行設計。

傳統橋機主副小車的連接方式為焊接連接，一旦采用，主副鉤之間的距離則為固定值，不可調節。為保證橋機主副鉤的上下游極限位置，此種結構下橋機主副鉤間距小于1 500 mm。由于績溪電站發電機大軸為一根軸結構，長達9 817 mm，此種結構下進行轉子磁軛組裝時會出現嚴重的斜拉問題，影響橋機的結構穩定，不能滿足轉子整圈磁軛分段吊裝的工作要求。為滿足轉子整圈磁軛分段吊裝的要求，需要增加主副鉤之間的距離；并且為了不影響主廠房2臺250 t橋機主副鉤的上下游極限工作位置，績溪公司對主廠房2臺250 t橋機的主副小車的連接方式進行了改進優化。

經過論證，績溪公司決定通過采用螺栓連接的方式將主副小車連接在一起。要滿足主副鉤聯合起吊的要求，勢必會涉及主副鉤間距的問題，為此，績溪公司組織專家討論，根據轉子磁軛吊具尺寸對主副鉤間距進行設定，進而確定了橋機主副鉤變距（即變距小車）的方案。

2 結構優化及實際應用

2.1 結構優化

（1）增加了主副小車之間的連接螺栓、兩根主副小車的連接桿；連接桿兩端開有螺栓連接孔，用于其同主副小車連接，從而改變主副鉤間距，主副鉤同時在各自的小車輪中間，以保證其運行時的結構穩定性（結構見圖1）。

圖1 變距主副小車結構

正常作業時將主副小車直接用螺栓連接在一起，這樣既可保證主副小車的穩定性，又不會影響主副鉤的上下游極限工作位置。在需要增大主副鉤之間的水平距離時，可以通過在主副小車之間增加連桿來調整主副鉤之間的水平距離，這樣便于大件設備吊裝作業，降低了大件設備吊裝的風險，并減少了設備吊運的時間。

（2）增加了一個聯動控制裝置（控制流程見圖2）。在主副鉤協同作業時，被吊物件的重心會隨著主副鉤承載比例的變化而變化[3]，故需盡量保證主副鉤同步運行。在需要主副鉤同步工作時，將副鉤的控制方式切至從動位置，由主鉤操作手柄同時控制主副鉤，從而實現主副鉤同步運行。在同步運行時，安裝在主副鉤上的絕對值編碼器在線測量主副鉤的行程，通過PLC對絕對值編碼器的測量值進行計算比較，輸出轉速控制信號到主副鉤的電機變頻器，從而實現主副鉤的同步運行。

為滿足上述要求，績溪公司組織設計方、主機廠家、橋機廠家等各方專家對此方案進行專題討論。經論證，明確采用磁軛套裝采取主副鉤聯合起吊的方式，要求廠家在進行橋機設計時按照主副小車可變距方案進行設計。

圖2 主副鉤同步流程

經過系列論證與研究，最終確認，橋機主副鉤正常工作時距離為1 500 mm，轉子磁軛吊裝時主副鉤距離調整為3 400 mm。同時，主副鉤聯合起吊的同步誤差不超過25 mm，聯合起吊時的升降速度不超過0.6 m/min。轉子磁軛吊裝三維圖和剖面圖見圖3和圖4。

圖3 轉子磁軛吊裝三維示意

2.2 實際應用

2.2.1 主副鉤技術參數滿足要求

橋機設備在現場安裝后，績溪公司組織監理、施工單位共同對主副鉤聯合起吊試驗進行了見證。經過現場見證，主副鉤聯合起吊的同步誤差及升降速度滿足上述要求，主副鉤距離最小為1500mm，最大為3 400 mm，符合最初要求，能滿足磁軛吊裝及轉子磁軛整圈吊裝的使用要求。

2.2.2 轉子磁軛組裝

圖4 轉子磁軛吊裝剖面示意

經過驗證，主副鉤同步運行時其高度偏差不超過5 mm，滿足磁軛組裝要求。單臺橋機既滿足轉子磁軛整圈吊裝的使用要求，極大地縮短轉子磁軛的組裝工期，也提高了設備使用效率，避免了在磁軛安裝時同時占用兩臺橋機，使另一臺橋機可用于其他起吊作業，這在一定程度上縮短了整體工期。統計績溪公司1號發電電動機轉子磁軛安裝時間可知，除首段磁軛調整需3 d外，其余7段磁軛安裝時可以每天驗收1段，只需10 d即可完成轉子磁軛的現場組裝工作（不含打鍵）。轉子磁軛現場吊裝見圖5。

2.2.3 大件設備聯合起吊

相較傳統橋機，采用此種結構以后，在績溪電站定子機座、頂蓋、底環等大件設備吊裝過程中優勢明顯。在后續應用過程中，該結構還可根據設備尺寸不同，更換不同長度的連桿，從而在保證安全、降低投資的前提下實現大件聯合起吊。

圖5 首段磁軛吊裝

因主副鉤額定起重量不同，績溪電站工程主鉤額定起重量為250 t，副鉤額定起重量為50 t，在進行聯合起吊時，需嚴格遵守安全規程，每臺吊鉤的荷重均不準超過其80%的額定起重量。采用主副鉤聯合起吊前，對于起吊設備的尺寸、起吊重量、鋼絲繩選取、起吊工具等需進行校核計算，確保安全后方可進行。

3 結語

通過對橋式起重機主副小車結構進行優化，實現了起重機主副小車可分，主副小車間距可調；同時主廠房250 t橋機的主副鉤可通過主鉤的操作手柄實現同步運行，且同步偏差不超過5 mm。優化成果應用在績溪電站工程建設過程中切實降低了勞動強度、提高了勞動生產率、在一定程度上縮短了工期，直接降低了投資成本?？蓪窈笤谛碌某樗钅茈娬窘ㄔO過程中提高吊裝過程安全性、穩定性提供參考。