水電站廠(chǎng)房橋機(jī)改造及拆裝研究

程堂華，李青鋒

（1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.國(guó)網(wǎng)新源水電有限公司富春江水力發(fā)電廠(chǎng)，浙江 桐廬 311500）

0 引言

中國(guó)早期建設(shè)的水電站有石龍壩水電站、 新安江水電站及富春江水電站等，而最早的水電站，至今已有108年的歷史。早期水電站設(shè)備運(yùn)行年限較久，隨著科學(xué)技術(shù)水平的快速發(fā)展，對(duì)水電站設(shè)備的運(yùn)行要求逐漸提高，因此早期很多水電站的設(shè)備不僅暴露出眾多問(wèn)題，并且也無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代工況使用需求，亟需進(jìn)行更換。但設(shè)備改換是一項(xiàng)巨大的工程，牽一發(fā)而動(dòng)全身，以主廠(chǎng)房?jī)?nèi)橋機(jī)改造工程為例，其邊界條件復(fù)雜、危險(xiǎn)源較多以及安裝空間局限等特點(diǎn)十分突出，尤其針對(duì)拆除和安裝相關(guān)工程，亟需相關(guān)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)，因此及時(shí)對(duì)主廠(chǎng)房橋機(jī)改造工程相關(guān)技術(shù)進(jìn)行有效總結(jié)十分必要。

1 工程概況

富春江水電站位于浙江省桐廬縣境內(nèi)，地處錢(qián)塘江中游，在富春江水電站七里瀧峽谷出口處，上距新安江水電站60 km，下游距杭州市約90 km，是錢(qián)塘江干流上唯一的大型水電站。

富春江水電站始建于1958年8月，1962年春停工緩建，1965年10月復(fù)工續(xù)建。1968年12月25日第一臺(tái)機(jī)組建成發(fā)電，1977年4月最后一臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行，建成至今已近50年。電站主要水工建筑物有混凝土重力式溢流壩、河床式發(fā)、船閘、魚(yú)道及左、右灌溉渠首等。廠(chǎng)房?jī)?nèi)安裝有2臺(tái)250/50 T雙梁橋式起重機(jī)，是廠(chǎng)房?jī)?nèi)機(jī)組、設(shè)備檢修時(shí)物品吊運(yùn)的主力起重設(shè)備，其中1號(hào)橋機(jī)由前蘇聯(lián)制造，于1960年正式投運(yùn)，至今已工作近60年，而2號(hào)橋機(jī)由太原重型機(jī)械廠(chǎng)制造，于1968年正式投運(yùn)，至今已工作50多年。

2001年，富春江水電站正式運(yùn)行機(jī)組改造工程，主要是對(duì)五臺(tái)機(jī)組進(jìn)行更新，該工程一直持續(xù)至2016年5月，機(jī)組的第一輪改造才初步完成。在工程運(yùn)行過(guò)程中，需要兩臺(tái)橋機(jī)頻繁起吊大件設(shè)備，因而暴露了諸多問(wèn)題，為此我院受富春江水電站業(yè)主委托，基于富春江水電站歷次安檢資料，對(duì)富春江水電站主廠(chǎng)房橋機(jī)改造方案進(jìn)行多方面論證和技術(shù)分析，對(duì)設(shè)備制造安裝及相關(guān)工程量進(jìn)行估算,同時(shí)結(jié)合技改項(xiàng)目，完成可行性研究和初步設(shè)計(jì)，并于2018年底完成項(xiàng)目的招投標(biāo)工作。富春江水電站主廠(chǎng)房橋機(jī)改造工程項(xiàng)目部于2018年7月正式成立，我院以EPC模式進(jìn)行總包，舊橋機(jī)的拆除工作于2019年4月正式開(kāi)始，新橋機(jī)的安裝于2019年5月底完成。

2 改造原因

富春江水電站的兩臺(tái)250/50 T雙梁橋式起重機(jī)是主力起重設(shè)備，負(fù)責(zé)主廠(chǎng)房?jī)?nèi)機(jī)組、設(shè)備檢修時(shí)物品吊運(yùn)的相關(guān)工作。在富春江水電站機(jī)組改造工程中暴露出如下問(wèn)題：

（1）橋機(jī)主要鋼結(jié)構(gòu)材料為A3鋼，不滿(mǎn)足現(xiàn)行的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；

（2）主梁超聲波焊縫多處檢測(cè)不合格；

（3）橋機(jī)金屬結(jié)構(gòu)老化，在跨中位置，吊載額定起重量的載荷，起重機(jī)跨中上蓋板所受應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力；

（4）大車(chē)車(chē)輪表面出現(xiàn)嚴(yán)重的龜裂和淬硬層點(diǎn)蝕剝落；

（5）起升制動(dòng)輪已多處出現(xiàn)點(diǎn)蝕和表面受熱現(xiàn)象；

（6）大車(chē)軌道多處松動(dòng)，軌道混凝土基礎(chǔ)開(kāi)裂，緊固壓板螺栓的方式已無(wú)法壓緊軌道。

3 新橋機(jī)方案研究

結(jié)合橋機(jī)的運(yùn)行情況、廠(chǎng)房布置尺寸及對(duì)橋機(jī)改造施工方案的可行性分析，研究對(duì)歐式起重機(jī)方案（方案1）、常規(guī)中式起重機(jī)方案（方案2）和中歐結(jié)合方案（方案3）3種方案進(jìn)行技術(shù)方案比選。

歐式起重機(jī)傳動(dòng)形式與國(guó)產(chǎn)中式起重機(jī)而言并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，只是基于歐洲獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念和較為先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝，使整個(gè)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)比較緊湊，運(yùn)行比較平穩(wěn)。相比較中式起重機(jī)來(lái)說(shuō)，歐式起重機(jī)的幾大技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）結(jié)構(gòu)尺寸較小。歐式起重機(jī)以機(jī)構(gòu)壓縮為主要設(shè)計(jì)理念，依托于歐洲先進(jìn)的材料制造水平與加工工藝，在相同設(shè)計(jì)強(qiáng)度的條件下，歐式起重機(jī)尺寸必然小于國(guó)產(chǎn)起重機(jī)。因此其結(jié)構(gòu)尺寸往往比中式起重機(jī)更小，重量也更輕，同時(shí)使得起重機(jī)的有效工作空間增大，靠邊距離縮減，可以有效提升廠(chǎng)房的有效工作空間，減少?gòu)S房的鋼結(jié)構(gòu)投資。

（2）歐式起重機(jī)多采用轉(zhuǎn)速為2 000 r/min～3 000 r/min小功率高速電機(jī)，這樣就可以通過(guò)降低電機(jī)機(jī)座號(hào)及制動(dòng)器功率方式，來(lái)減少運(yùn)行能耗。再搭配全變頻控制和優(yōu)秀的制造加工技術(shù)，可以有效提升整體運(yùn)行的平穩(wěn)性。

（3）對(duì)工況要求嚴(yán)格，絕不允許超負(fù)荷工作。歐式起重機(jī)工況單一，在耐用度上稍遜于中式起重機(jī)。同時(shí)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)尺寸緊湊，體積小，重量輕，因此運(yùn)行速度也相對(duì)較低。

（4）選購(gòu)和維護(hù)成本高。歐洲設(shè)備制造精良，且普遍受知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，因此成品價(jià)格相對(duì)較高。歐洲著名的起重機(jī)制造商，其起重機(jī)的電機(jī)、減速器、制動(dòng)器等零部件，均采用公司生產(chǎn)的專(zhuān)用的配套件，因此后期維護(hù)更換成本相對(duì)較高。

（5）目前國(guó)內(nèi)起重機(jī)企業(yè)也嘗試生產(chǎn)制作了歐式起重機(jī)，雖然是基于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行仿制的，但現(xiàn)階段我國(guó)材料制造技術(shù)、加工工藝水準(zhǔn)仍和歐洲生產(chǎn)技術(shù)水平存在一定差距，尚不滿(mǎn)足制作需求。因此國(guó)內(nèi)企業(yè)在追求極限壓縮機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)理念下，不僅沒(méi)能有效發(fā)揮歐式起重機(jī)的特點(diǎn)，同時(shí)也沒(méi)能有效保留中式起重機(jī)牢固耐用的特點(diǎn)。

中歐結(jié)合方案是以中式橋機(jī)主梁的設(shè)計(jì)理念為主，小車(chē)采用歐式結(jié)構(gòu)，通過(guò)預(yù)留較大安全裕度，來(lái)增加中式起重機(jī)橋架的應(yīng)變能力，加強(qiáng)其對(duì)復(fù)雜工況、沖擊荷載和動(dòng)載的適應(yīng)能力，這一方案中的設(shè)備運(yùn)行動(dòng)剛度好，運(yùn)行振動(dòng)小，平穩(wěn)性好。同時(shí)因?yàn)橹髁簞偠认鄬?duì)較大，不易發(fā)生啃軌現(xiàn)象，對(duì)軌道及軌道梁的損傷較小，可以延長(zhǎng)軌道裝置的使用壽命。同時(shí)設(shè)備整體更為緊湊，不僅可以降低小車(chē)高度，而且可以滿(mǎn)足廠(chǎng)房安裝尺寸要求，對(duì)吊裝也比較有利。

綜合上述，最終選用中歐結(jié)合新橋機(jī)設(shè)計(jì)方案。

4 舊橋機(jī)拆除方案研究

結(jié)合原始圖紙資料可知，舊橋機(jī)是中式起重機(jī)，尺寸偏大，設(shè)備最頂部與廠(chǎng)房的空間極為狹小，拆除難度大。

結(jié)合考慮對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響，以及經(jīng)濟(jì)適用性，在設(shè)計(jì)拆除和安裝方案時(shí)，均以不破壞廠(chǎng)房房頂為基本原則。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)舊橋機(jī)拆除難點(diǎn)如下：

（1）原始資料不全，缺少對(duì)大件重量的記載，估算工作較為困難；

（2）廠(chǎng)房上部空間較小，起吊高度空間受限，卷筒裝置拆除困難；

（3）大梁過(guò)長(zhǎng)，廠(chǎng)房巖錨梁寬度方向受限，使拆除工作遇到了一定困難，

4.1 拆除流程

拆除流程如圖1所示：

圖1 舊橋機(jī)拆除步驟

4.2 拆除難點(diǎn)及解決方案研究

4.2.1 舊橋機(jī)卷筒

一般來(lái)說(shuō)，副小車(chē)及零部件的拆除工作不存在難點(diǎn)，均屬于常規(guī)操作范圍。但是在拆除主小車(chē)卷筒裝置過(guò)程中，研究發(fā)現(xiàn)，廠(chǎng)房吊裝空間極為有限，如果利用在卷筒上焊接吊耳的方式來(lái)吊裝主小車(chē)，在升到最高處時(shí)，空間明顯不夠，無(wú)法實(shí)施起吊；此外研究發(fā)現(xiàn)，由于原始資料不完全，沒(méi)有記錄卷筒的實(shí)際重量，因此只能進(jìn)行簡(jiǎn)單估測(cè)，最后實(shí)際重量比預(yù)估重量重約23 t，1臺(tái)50 t汽車(chē)無(wú)法完成起吊工作，早期設(shè)計(jì)的汽車(chē)吊方案不可行。結(jié)合上述分析考慮，采取以下措施：

（1）首先拆除并吊裝卷筒裝置兩側(cè)軸承座以及減速器，其次拆除并吊裝卷筒和開(kāi)式齒輪。在這一過(guò)程中，一方面受限于卷筒尺寸，另一方面受制于廠(chǎng)房上方空間，使吊裝工作出現(xiàn)了困難。為此，研究設(shè)計(jì)在兩個(gè)大梁內(nèi)側(cè)割除一個(gè)缺口，在吊裝卷筒時(shí)，可以在卷筒下沉?xí)r，將其擱置于缺口上。這一措施不僅有利于減少空間占用，同時(shí)也為吊裝提供了新的解決思路。

（2）而在卷筒上焊接吊耳的方式不能解決吊裝空間不足的問(wèn)題，在卷筒靠近兩端的上部割除一部分缺口，將卷筒底部展示出來(lái)，并在卷筒底部完成吊耳焊接工作，有效解決吊裝空間緊迫的問(wèn)題。

（3）針對(duì)原始資料缺失的問(wèn)題，可以根據(jù)已割除部分卷筒的厚度來(lái)重新估算其重量，同時(shí)將原始設(shè)計(jì)方案中的1臺(tái)50 t吊車(chē)調(diào)整為2臺(tái)50 t吊車(chē)，確保足夠大的安全余量，進(jìn)一步增添施工保障。卷筒估算方法如下：

具體步驟：①拆除卷筒裝置兩端的軸承座及減速器；②在大梁兩側(cè)割除缺口，降低卷筒裝置位置，保證吊裝空間；③在卷筒兩端上側(cè)開(kāi)孔，完成卷筒底部吊耳焊接工作；④使用兩臺(tái)50 t吊車(chē)起吊卷筒，吊點(diǎn)與卷筒內(nèi)部吊耳連接；⑤進(jìn)行吊裝，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整和梳理，直至卷筒裝置落地。

圖2 卷筒兩端開(kāi)孔并進(jìn)行穿銷(xiāo)

4.2.2 舊橋機(jī)大梁

廠(chǎng)房空間有限，由此導(dǎo)致舊橋機(jī)大梁拆除工作也遇到了一定困難，經(jīng)研究采取如下措施進(jìn)行完善：

（1）拆除大梁兩側(cè)的端梁，在割除端梁時(shí)，要保證其割除長(zhǎng)度盡量偏大，避免因?yàn)榇罅簝啥说膶?duì)角線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)，影響吊裝工作的開(kāi)展；

（2）將大梁與下方的行走機(jī)構(gòu)分離，將二者分開(kāi)吊裝；

（3）在分離后，加固大車(chē)行走機(jī)構(gòu)，以防傾覆；

（4）估算大梁重量，約為25 t，使用兩臺(tái)50 t汽車(chē)完成吊裝工作。

圖3 舊橋機(jī)大梁吊裝

拆除方案中采用割除卷筒兩側(cè)上部缺口并在其底部焊接吊耳方法是一種較為新穎的拆除安裝手段，利用大梁兩側(cè)的割除缺口可以有效解決吊車(chē)的吊裝空間難題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)成功吊裝。第一臺(tái)橋機(jī)主梁的成功拆除及吊裝，不僅為第二臺(tái)橋機(jī)的相關(guān)工作提供有效的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，也為后續(xù)電站改造，包括廠(chǎng)房?jī)?nèi)橋機(jī)大梁的吊裝提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)于受限于廠(chǎng)房空間的拆除安裝難題提供了指導(dǎo)。

4.3 新橋機(jī)安裝難點(diǎn)及解決方案研究

新橋機(jī)的吊裝難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）與舊橋機(jī)拆裝對(duì)比，新橋機(jī)無(wú)法隨意割除，只能根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際尺寸選擇合理的吊裝方案；

（2）大梁長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，長(zhǎng)度超出廠(chǎng)房巖錨梁寬度，吊裝難度較大；

（3）小車(chē)采用歐式結(jié)構(gòu)并采用整體吊裝，吊耳設(shè)置位置較為困難。

4.3.1 新橋機(jī)大梁的吊裝

相對(duì)于舊橋機(jī)大梁來(lái)說(shuō)，新大梁無(wú)法隨意割除，且對(duì)角線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)，因此在考慮安裝方便性的基礎(chǔ)上，研究決定大梁下方行走機(jī)構(gòu)采用一并起吊，最終形成專(zhuān)項(xiàng)方案如下：

（1）計(jì)算新大梁和下方的行走機(jī)構(gòu)重量，估算約為30 t左右，同時(shí)結(jié)合新大梁上對(duì)預(yù)留吊耳尺寸的考量，設(shè)計(jì)使用兩臺(tái)汽車(chē)吊來(lái)完成吊裝工作，其中一臺(tái) 80 t，另一臺(tái)為 50 t；

（2）大梁吊裝將采用高低吊的形式，研究計(jì)算得出吊裝原始角度約為32°，由此可知兩臺(tái)汽車(chē)吊吊點(diǎn)受力情況，表明其可以滿(mǎn)足起重機(jī)特性曲線(xiàn)要求。

（3）在吊裝過(guò)程中，如果出現(xiàn)一側(cè)抬吊高度高于軌道梁的情況時(shí)，需要聯(lián)合兩臺(tái)汽車(chē)吊立刻進(jìn)行共同調(diào)整，令抬高的一側(cè)向上游進(jìn)行側(cè)移動(dòng)，同時(shí)要結(jié)合廠(chǎng)房空間估算移動(dòng)距離，避免吊裝大梁時(shí)和廠(chǎng)房空間產(chǎn)生沖突。

（4）當(dāng)大梁基本上處于水平狀態(tài)時(shí)，聯(lián)合兩臺(tái)汽車(chē)吊共同調(diào)整，將車(chē)輪置于軌道上，最后完成整個(gè)大梁的吊裝工程。

圖4 新橋機(jī)大梁高低抬吊

圖5 臨時(shí)吊耳的焊接

4.3.2 新橋機(jī)主小車(chē)的吊裝

新橋機(jī)主小車(chē)是一種結(jié)構(gòu)緊湊的歐式小車(chē)，不設(shè)置專(zhuān)門(mén)的小車(chē)架，因此在吊裝方面也存在一定問(wèn)題。為了保證安裝精度，減少高空作業(yè)的安裝作業(yè)量，應(yīng)采取整體吊裝，但是主小車(chē)重量較重，約為35 t,吊裝問(wèn)題表現(xiàn)如下：

（1）由于電動(dòng)機(jī)座比較單薄，如果將吊點(diǎn)單獨(dú)設(shè)置在電動(dòng)機(jī)座，會(huì)引起電動(dòng)機(jī)座變形，同時(shí)使計(jì)算值超出規(guī)范要求；

（2）由于吊點(diǎn)設(shè)置在電動(dòng)機(jī)座會(huì)引起上下游側(cè)的車(chē)輪偏差，會(huì)產(chǎn)生車(chē)輪啃軌的隱患。

圖6 專(zhuān)用吊具與吊耳的安裝

基于上述考慮，為新主小車(chē)吊裝設(shè)計(jì)了兩套專(zhuān)用吊具，在主小車(chē)四個(gè)車(chē)輪端梁兩側(cè)焊接臨時(shí)吊耳，臨時(shí)吊耳與專(zhuān)用吊具采用銷(xiāo)軸連接，從而確保起吊時(shí)受力全部作用在專(zhuān)用吊具上，不影響主小車(chē)的整體安裝精度，同時(shí)避免主小車(chē)電動(dòng)機(jī)座受力。采用專(zhuān)用吊具不僅可以保證小車(chē)整體安裝精度、同時(shí)可以增加汽車(chē)吊的起吊高度，提高汽車(chē)吊吊裝成功率。實(shí)際運(yùn)用結(jié)果表明，采用專(zhuān)用吊具設(shè)計(jì)對(duì)吊裝成功與否有重要影響。

新橋機(jī)大梁及主小車(chē)的成功吊裝，對(duì)于主廠(chǎng)房?jī)?nèi)橋機(jī)改造工程新設(shè)備的吊裝提出了新的解決思路和方法。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)橋機(jī)的主小車(chē)均采用歐式結(jié)構(gòu)，因此采用專(zhuān)用吊具的設(shè)計(jì)也是對(duì)主小車(chē)吊裝方案的一種創(chuàng)新，不僅解決了歐式主小車(chē)整體吊裝無(wú)法設(shè)置吊點(diǎn)的問(wèn)題，而且很好的避免了歐式小車(chē)無(wú)小車(chē)架情況下電動(dòng)機(jī)座直接受力的問(wèn)題，最關(guān)鍵的是可以在減少現(xiàn)場(chǎng)高空作業(yè)的安裝工程量的同時(shí)，保證安裝精度。

5 結(jié)論

富春江水電站主廠(chǎng)房橋機(jī)改造工程拆除和吊裝的成功，為后續(xù)電站廠(chǎng)房?jī)?nèi)橋機(jī)改造提供了有效的指導(dǎo)。改造工程具有邊界條件復(fù)雜、安裝空間局限以及高空作業(yè)面多等特點(diǎn)，而富春江水電站廠(chǎng)房橋機(jī)改造工程拆裝過(guò)程中，創(chuàng)新性的提出卷筒割除內(nèi)部設(shè)置吊耳、新橋機(jī)大梁在廠(chǎng)房空間有限情況下，采用高低抬吊以及主小車(chē)吊裝采用專(zhuān)用吊具等一系列解決思路及方法，成為主廠(chǎng)房橋機(jī)改造的一大亮點(diǎn)。

目前，新橋機(jī)設(shè)備正在調(diào)試運(yùn)行，拆除和吊裝的成功為新橋機(jī)的調(diào)試贏(yíng)得了時(shí)間，對(duì)電站安全運(yùn)行、穩(wěn)健發(fā)展有重要的指導(dǎo)作用，同時(shí)也是為其他拆裝改造項(xiàng)目工程提供了指導(dǎo)，為設(shè)備更新改造提供了新的思考范式，是對(duì)我國(guó)企業(yè)工程改造問(wèn)題的創(chuàng)新，其技術(shù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)具有十分重要的啟示和示范意義。