巨型水輪發電機下機架工地制造翻身工藝研究

宜曉平，付永貴，馮 濤

（東方電氣集團東方電機有限公司，四川 德陽 618000）

1 引言

隨著水電行業的發展，水輪發電機組單機容量越來越大，目前最大水輪發電機組白鶴灘水輪發電機單機容量達1 000 MW。單機容量越來越大導致水輪發電機組部件也越來越大，越來越重。由于運輸原因，部分大型部件已不適宜在工廠進行制造再運輸至水電站現場，需在水電站現場建設工地廠房進行生產制造。工地廠房條件有限，給大部件現場制作的一些工序帶來困難。某電站水輪發電機下機架中心體在工地進行生產制造，是首次水輪發電機下機架中心體在工地進行現場制造。下機架是水輪發電機組的核心部件。為了滿足下機架中心體焊接、質檢等工序上操作需要，必須將下機架中心體進行翻身。由于下機架中心體尺寸大（直徑約8 000 mm），重量重（約200 t）以及現場制作條件有限，常規的翻身工藝無法滿足下機架中心體在工地現場的翻身要求。開發一種在工地現場有限的條件下下機架中心體的翻身工藝勢在必行。

2 下機架中心體及工地制造廠房介紹

2.1 下機架中心體

下機架中心體介紹：直徑：約8 000 mm，高：約4 000 mm，重：約200 t。

圖1 下機架中心體示意圖

2.2 工地制造廠房介紹

（1）橋機

廠房內有橋式起重機1臺，主鉤起吊重量500 t，副鉤起吊重量32 t，主鉤開設起吊孔，穿軸后起吊重量500 t。

（2）廠房高度

工地現場廠房為專用廠房，臨時使用，因此相對常規重型生產廠房，高度低，吊鉤（起吊中心孔）下凈高：15 m,有效寬度18 m。

（3）工位

廠房內有裝焊工位，熱處理工位等，未設下機架中心體專用翻身工位。下機架中心體翻身在裝焊工位進行。

3 下機架中心體常用翻身工藝介紹

常用的一種翻身工藝是采用吊耳進行空中翻身。翻身前，在下機架中心體對稱兩側各裝焊一組吊耳，每組2件吊耳。每組吊耳需能夠承受中心體的全部重量。主、副鉤通過鋼絲繩和卸扣與吊耳相連。翻身主要過程為：①主鉤與副鉤同時起吊，將下機架中心體吊平。②主鉤升，副鉤降，至主鉤全部承擔中心體重量。③將副鉤+鋼絲繩與吊耳拆開，并將中心體旋轉180°。④重新將副鉤+鋼絲繩與吊耳相連，并起升副鉤至中心體達水平狀態，翻身完成。

該翻身工藝不適用于巨型水輪發電機下機架中心體在工地現場制造時的翻身，原因如下：

（1）該翻身工藝采用對稱承重，一升一降，要求主鉤、副鉤同時承重，由于中心體約200 t，因此副鉤承重需≥100 t，而工地現場的副鉤起重能力僅為32 t，不能滿足翻身要求。

（2）該翻身工藝在翻身過程中，要求主鉤的兩件吊耳承受中心體的全部重量（約200 t），即單件吊耳需承重≥100 t，常規吊耳無法滿足要求且卸扣等極難安裝、拆卸。

因此，必須開發一種新的翻身工藝，以解決下機架中心體現場翻身要求。

4 巨型水輪發電機下機架中心體工地制造翻身工藝創新

由于下機架中心體特點及現場條件限制，常規翻身工藝無法滿足中心體的現場翻身。新翻身工藝需滿足以下條件：

（1）解決現場副鉤起重能力不足問題。

（2）翻身過程需穩定、高效，以便提高下機架現場制造效率。

由于現場副鉤起重能力為32 t。因此，副鉤在翻身過程中只能起輔助作用。翻身過程中，主鉤承擔下機架中心體的主要重量，乃至全部重量。新翻身工藝基本思路是：

（1）主鉤承擔中心體主要重量，乃至全部重量，副鉤承受翻轉牽引力。

（2）副鉤起重能力僅為32 t，只能承受翻轉牽引力。

（3）現場沒有專用場地，只能采用空中翻身，翻身過程要穩定，高效。

（4）廠房高度受限，翻身過程中，中心體離地高度，不超過1 000 mm，這也是翻身過程安全性需要。

主鉤承擔中心體主要重量，乃至全部重量，因此，主起吊點需在接近重心的位置，同時需要滿足翻轉的條件。我們設計了一種翻身工裝。該工裝主要由吊梁、翻身吊攀、鋼絲繩組成。主鉤通過插銷與吊梁連接，吊梁通過鋼絲繩與中心體上翻身吊攀連接，吊梁鋼絲繩的使用角度基本為0°，可避免翻身過程中鋼絲繩與中心體發生剮蹭。副鉤通過鋼絲繩卸扣連接中心體上吊耳。

為保證該工藝能夠順利進行，需確定以下事項：

（1）確定主鉤翻身吊攀的安裝位置：在水平方向的安裝位置：重心線偏移一定距離（L1）的位置即主鉤的起吊位置；在豎直方向上的安裝位置：吊攀應設置在豎直方向重心位置。保證中心體翻轉90°時中心體旋轉順利和降低翻轉過程中的安全風險。

（2）確定副鉤承重F2，須F2＜32 t；

綜合考慮中心體的形狀特征與中心體的結構特點，便于翻身吊攀的裝配、焊接及考慮中心體在翻身吊攀處的承重。按F1×L1=F2×L2,取L1=100 mm。

圖2 中心體翻身分析示意圖

4.1 翻身工裝的制定

綜上所述，下機架中心體翻身工裝主要由翻身吊梁、翻身吊攀、鋼絲繩組成。

（1）設計翻身用吊梁，其中兩吊點尺寸為中心體外徑+吊具尺寸（580 mm），保證中心體起吊過程為豎直起吊[1]。

圖3 下機架中心體翻身用吊梁

（2）設計翻身吊攀：翻身吊攀由兩部分組成：滑輪+連接板，連接板與下機架中心體之間采用焊接方式相連，確保足夠剛性。

圖4 下機架中心體翻身用吊攀

4.2 下機架中心體重心位置計算

采用UG三維軟件對下機架中心體進行模擬，計算出質心位置：2 035 mm。

因此，翻身吊攀裝配位置見圖5。

圖5 翻身吊攀裝焊位置

4.3 翻身工藝

下機架中心體翻身工藝：

（1）主鉤通過吊梁、鋼絲繩和翻身吊攀與下機架中心體相連，副鉤通過鋼絲繩、卸扣和吊耳與下機架相連。吊耳的裝配位置見圖6。

（2）主鉤與副鉤同時起升至一定高度（離地面約600 mm，翻身過程中中心體不與地面發生接觸即可）。

（3）主鉤升，副鉤降，至中心體旋轉90°，此時主鉤承擔中心體全部重量。

（4）拆除副鉤與中心體的連接，并將中心體旋轉180°。

（5）副鉤重新與中心體相連。

（6）副鉤升，主鉤降，至中心體達水平狀態。

（7）翻身完成。

下機架中心體翻身示意圖見圖6。

圖6 下機架中心體翻身示意圖

4.4 鋼絲繩的選擇

根據制造現場主鉤起吊高度：15 m，下機架中心體尺寸及重量（外徑尺寸：約8 000 mm，高：約4 000 mm，中心體重量：約200 t）和翻身流程（中心體翻身過程中不可與吊梁發生碰撞），選擇翻身用鋼絲繩為[2]：Φ92鋼絲繩6×61-1670[3]長11 m，2根。

4.5 實際翻身過程

實際翻身過程順利，在準備齊全的情況下，15 min內完成下機架中心體整個翻身過程。

5 小結

巨型水輪發電機下機架中心體采用主吊梁式偏心空中翻身工藝，完全滿足中心體現場翻身要求，翻身過程高效、穩定、順利。

（1）解決了巨型水輪發電機下機架中心體在工地翻身的難題，為以后巨型水輪發電機組類似部件工地制造翻身提供借鑒；

（2）翻身過程安全、高效，在準備齊全的情況下，15 min內完成整個翻身工序；

（3）翻身為空中翻身，相比于靠地面支撐進行翻身的常規工藝，整個翻身過程不與地面產生接觸，翻身過程不會對中心體尺寸產生影響。