減壓閥檢修龍門吊架的設計制作與應用

游太穩

（貴州烏江水電開發有限責任公司構皮灘發電廠，貴州 余慶 564408）

0 引言

構皮灘發電廠采用計劃性檢修模式，每年進行5臺次的技術供水減壓閥的檢修工作，而技術供水減壓閥的檢修所使用的吊架為傳統的三角扒桿。因三角扒桿受其自重較大、尺寸較長且現場安裝位置受限等諸多不利因素的限制，操作時至少需要8個人同時進行，在豎立及移動過程中因重心不一致極易引起支架傾倒造成的人身傷害事故，在機組技術供水系統減壓閥檢修時又因其固定不易移動的缺點，在減壓閥內部組件起吊及下落的過程中存在著歪拉斜吊的安全隱患。為消除該安全隱患，于是設計并制作了技術供水減壓閥檢修的專用龍門吊架。技術供水減壓閥檢修所用傳統三角扒桿如圖1所示。

圖1 三角扒桿

1 龍門架總體結構設計

根據現場工作環境等諸方面考慮，本龍門架設計為移動式龍門架。而移動式龍門架的設計需根據不同的使用環境和使用要求分別從龍門架的整體尺寸、結構工藝以及使用性能等方面做具體的分析與研究。本次研究是針對構皮灘發電廠技術供水減壓閥檢修吊運過程中，使用三角扒桿費時費力、歪拉斜吊、扒桿重心高不穩定等問題而專門設計的高度可調的移動式的小型龍門架。

1.1 龍門架總體設計步驟

1.1.1 選材

根據構皮灘發電廠實際情況選用圓鋼、鋼板、棒料和方鋼，材質為Q235和304不銹鋼。

1.1.2 結構類型

對比大型龍門吊結構，選用常規式結構。整體行走裝置選用4個帶剎車的重型萬向輪支撐。根據減壓閥安裝高度的不同和龍門吊存放位置（使用龍門吊時需要經過深井泵室，深井泵室門高2.3 m）將四條支腿設計為可伸縮式。龍門架頂部中間設計有兩條平行的軌道，軌道上有四輪移動小車，起吊裝置安裝于移動小車車架中部，起吊裝置選用手拉葫蘆。

1.1.3 工作載荷

根據以色列多諾特減壓閥使用設計說明書可得知，減壓閥整體質量為1 t，減壓閥常規檢修時只需要將上端蓋、導向抓與閥盤和隔膜分別吊出，但為保證減壓閥損壞需要整體更換，考慮龍門架的最小起重量為1 t。

1.1.4 建模

選用 Pro/E 對移動式龍門架做三維建模并對其結構進行干涉分析。

1.2 龍門架工況分析

考慮龍門吊架工作特性，吊運減壓閥端蓋及內部部件時主要承受由于靜止懸掛而產生的鉛垂載荷和起吊后小車行走懸擺而產生的交變拉力。為保證龍門架剛度，初步設計將龍門架頂部固定框架和小車軌道選用方鋼，底座、筋板和小車車架選用鋼板，立柱及其斜撐選用圓鋼管，伸縮腿和小車車軸選用圓鋼棒料，小車車輪選用不銹鋼棒料。立柱與伸縮腿采用螺栓連接，萬向輪與伸縮腿底板采用螺栓連接，其余連接處均采用焊接。

1.3 主要參數

龍門架設計參數主要包括結構參數和工藝參數兩部分。結構參數通過實地測量龍門架的搬運、減壓閥的起吊和減壓閥起吊后橫向移動的最大值來確定。工藝參數通過實驗測量起吊減壓閥的重量、高度、速度等來確定，具體如表1所示。

表1 結構及工藝參數

1.4 總體結構建模

利用三維建模軟件Pro/E對各個零部件進行三維實體建模，選材與實際參數均與實際相符。零部件完成建模后，完成組裝圖，利用Pro/E軟件對組裝圖進行干涉分析。龍門架建模組裝效果如圖2所示。

圖2 龍門架建模組裝效果圖

2 龍門架制作

2.1 出圖紙

將設計的三維圖轉換成二維圖紙。利用Pro/E軟件將所有設計的零件轉換成二維圖紙，并標注零件尺寸、注明零件數目和技術要求。

2.2 導軌框架制作

導軌框架為長方形，材料為50 mm×50 mm的方鋼，壁厚為5 mm。整體分為固定部分和導軌部分，兩條導軌間距300 mm。框架全部采用422焊條滿焊。導軌兩端焊接有∠5#的角鋼，防止小車脫軌。導軌框架制作如圖3所示。

圖3 導軌框架制作

2.3 立柱支撐制作

龍門吊架立柱及支撐材料均為直徑為Φ50 mm的圓形鋼管，壁厚5 mm。立柱和支撐之間全部采用422焊條滿焊。立柱下端鉆有兩個Φ16 mm的孔，通過螺絲與伸縮腿固定，并實現升降功能。立柱支撐制作如圖4所示。

圖4 立柱支撐制作

2.4 伸縮腿制作

伸縮腿與立柱為間隙配合，伸縮腿總長500 mm。伸縮腿小頭外徑為Φ39.6 mm，伸縮腿大頭一端焊接有一塊20 mm厚的鋼板，鋼板上鉆有4個Φ12 mm的孔，鋼板與重型萬向輪通過螺絲連接。伸縮腿小頭端鉆有兩個Φ16 mm的孔，通過螺絲與立柱連接和實現升降。伸縮腿制作如圖5所示。

圖5 伸縮腿制作

2.5 小車制作

小車由車架、車軸、車輪、軸承、吊環和防脫軌裝置組成。車架為20 mm厚的鋼板，車軸直徑為Φ40 mm的鋼棒，車輪為不銹鋼材料，防脫軌裝置為10 mm厚的鋼板，吊環為M24的不銹鋼吊環。車架與車軸之間采用422焊條滿焊，吊環與車架采用螺紋連接，車軸和車輪之間有螺母固定，防脫軌裝置與車架采用螺栓進行連接。小車制作如圖6所示。

圖6 小車制作

2.6 龍門吊架組裝

立柱支撐與導軌框架之間采用422焊條進行滿焊，并通過20 mm厚的鋼板進行加固形成肋板，伸縮腿插入立柱內并通過螺絲連接。所有零部件用藍色防銹漆進行防腐處理。整個龍門吊架有兩個高度位置，最低位置可以用于1號、3號、4號、5號機技術供水減壓閥檢修，最高位置可以用于1號～5號機技術供水減壓閥檢修。為了存放方便，需要將龍門吊架高度處于最低位置才能通過深井泵室的兩扇門。龍門吊架組裝如圖7所示。

圖7 龍門吊架組裝

3 龍門架實際應用

實踐是檢驗真理的唯一標準，當然，實踐也是檢驗成果的唯一標準。經過3臺機組的檢修實踐證明，新設計制作的專用龍門吊架只需要兩個人便可以輕松操作，相比三角扒桿使用時的笨重、易傾倒、難操作等缺點，不但極大的節省了人工成本，同時還大幅的提高了工作效率、降低了安全風險。專用龍門吊架因其頂部設置的可移動小車，在減壓閥內部組件起吊后可平穩的、安全的轉移至檢修場地，消除了因使用三角扒桿歪拉斜吊而可能產生的傾倒隱患，減壓閥檢修工作真正做到了經濟、安全和高效。龍門吊架的實踐應用如圖8所示。

4 龍門吊架效益

該龍門吊架具有結構簡單、移動平穩大方便等優點。用它進行減壓閥檢修吊裝工作，省時、省力、安全可靠。不僅提高了工作效率、節省了人力資源，同時消除了減壓閥檢修過程中的安全隱患。龍門吊架還可用于技術供水取水閥、減壓閥前后隔離閥以及空氣冷卻器總排水閥等的檢修更換，適用性高，易于推廣。傳統三角扒桿和龍門吊架使用對比如表2所示。

表2 三角扒桿和龍門吊架使用對比

4.1 經濟效益

由表2可知，一臺技術供水減壓閥檢修人工成本每次節約6人次，約1 200元，每年機組檢修共節約人工成本約1 200×2×5=12 000元。

4.2 安全效益

傳統三角扒桿在移動、豎立以及吊裝減壓閥組件過程中存在巨大的傾倒安全隱患，而專用龍門吊架具有重心穩定、方便移動、易于操作等突出優點，避免了三角扒桿在使用時因操作不當造成的傾倒傷人事故的發生。

4.3 社會效益

此專用龍門吊架具備很高的推廣價值，在其他閥門的檢修與更換時具備較強的通用性，對其他固定位置的設備檢修、維護方面具有很高的借鑒意義。

5 結束語

通過幾臺技術供水減壓閥的檢修實踐，龍門吊架的應用達到了設計的最初目標，在減壓閥的檢修與更換工作中都獲得了較為理想的效果。但設計時未對龍門吊架進行有限元分析，雖然在實際應用中已滿足減壓閥整體吊裝的工作要求，但龍門吊架荷載具體為多少猶未可知。