淺談抽水蓄能電站利用水箱做橋機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)的方法

阿得榮

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179）

1 概述

荒溝抽水蓄能電站位于黑龍江省牡丹江市海林市三道河子鎮(zhèn)，電站在主廠房安裝2臺(tái)250 t橋式起重機(jī)。起重機(jī)在投入使用前主起升、副起升及電動(dòng)葫蘆按規(guī)程規(guī)范要求均需做額定起重量的110%（275 t）動(dòng)載及125%（312.5 t）靜載相關(guān)負(fù)荷試驗(yàn)。考慮到現(xiàn)場實(shí)際情況，經(jīng)過論證比對(duì)，本電站橋機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)采用了國內(nèi)首創(chuàng)的以水箱為載體的負(fù)荷進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)。

2 承載裝置（材料）優(yōu)劣性分析

2.1 利用混凝土塊作為載荷材料

以往電站采用混凝土塊進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)，可以滿足起重機(jī)載荷試驗(yàn)，但存在著諸多問題。第一混凝土塊的制作時(shí)間，從準(zhǔn)備到形成可使用的結(jié)構(gòu)塊，最短需要2個(gè)月的時(shí)間，大幅度的延長了試驗(yàn)時(shí)間；第二制作混凝土塊需要大量的鋼筋及混凝土，材料消耗量較大；第三試驗(yàn)完成后混凝土塊除起重機(jī)試驗(yàn)外不能得到其它方面的利用；第四沒有合適的場地進(jìn)行儲(chǔ)存，如果進(jìn)行粉碎，嚴(yán)重的浪費(fèi)了制作材料的同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成很大的影響。

2.2 利用鋼筋作為載荷材料

小噸位的起重機(jī)可以利用鋼筋做載荷試驗(yàn)，荒溝抽水蓄能電站尾閘洞內(nèi)的80 t起重機(jī)就使用了鋼筋，就地取材不僅僅節(jié)約了成本，同時(shí)還可以達(dá)到試驗(yàn)的目的。對(duì)于大噸位的起重機(jī)，需要大量的鋼筋，而荒溝電站現(xiàn)場的鋼筋儲(chǔ)存量無法滿足試驗(yàn)需用量的要求。水電站一般都建設(shè)在比較偏僻的山區(qū)，采購運(yùn)輸都有著一定的局限性，且試驗(yàn)場地也無法滿足大量的鋼筋擺放。

2.3 利用水袋作為承載裝置

用水袋作為承載裝置，在劉家峽擴(kuò)機(jī)工程及豐滿水電站重建工程中的橋機(jī)試驗(yàn)，均進(jìn)行了應(yīng)用，技術(shù)及流程相對(duì)已經(jīng)成熟，但是荒溝電站為地下廠房，安裝場地到橋機(jī)限位只有12 m可利用空間，起升距離制約了水袋注水后將不能離地，必須對(duì)水袋進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造。由于廠房內(nèi)安裝的是兩臺(tái)起重機(jī)，想把載荷試驗(yàn)效率最大化，需要將兩臺(tái)起重機(jī)交替進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)，但水袋一旦注水后就不能落地，只能按倍率向內(nèi)注水，直至第一臺(tái)機(jī)試驗(yàn)完成，將水袋內(nèi)的水排空，才能對(duì)第二臺(tái)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，延長了試驗(yàn)時(shí)間，且一旦發(fā)生安全隱患或者質(zhì)量問題，不能及時(shí)有效的對(duì)其卸載。

綜合以上情況，提出了使用水箱作為橋機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)荷載的試驗(yàn)方案，水箱本體為鋼結(jié)構(gòu)，可現(xiàn)場進(jìn)行組裝拆卸，可以根據(jù)現(xiàn)場條件（廠房結(jié)構(gòu)尺寸）進(jìn)行拼裝，內(nèi)部敷設(shè)防滲水袋。同時(shí)利用了水電站最便捷也是最廉價(jià)的“水”資源優(yōu)勢(shì)，通過廠房內(nèi)已安裝好的供、排水管路將水注入水箱內(nèi)。彌補(bǔ)了以往的載荷材質(zhì)或者承載裝置的弊端（成本、運(yùn)輸、工期及環(huán)境影響），有效的達(dá)到了縮短工期、節(jié)約材料、保護(hù)環(huán)境、降低施工成本的目的。

3 水箱的形式

水箱為可拆卸式，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)水箱由4個(gè)側(cè)面和1個(gè)底面以及各種連接桿組成，整體結(jié)構(gòu)為桁架式，詳見圖1。每個(gè)側(cè)面插入底面的矩形管中，用銷軸連接。水箱1和2組裝如圖2所示，因水箱作為結(jié)構(gòu)承重件不具有防滲水性能，為保證水箱不漏水，每個(gè)水箱設(shè)有3個(gè)水袋，左右對(duì)稱布置，并且在底部用管道相連，以保證每個(gè)水袋水位相同。水袋僅作防滲水作用，故提高了安全性。

圖1 單個(gè)水箱組裝完成

圖2 水箱1和2組裝

4 試驗(yàn)過程

4.1 水箱組裝

荒溝蓄能電站起重機(jī)小車的吊鉤額定起重量為250 t，1.25倍靜載荷試驗(yàn)為312.5 t，而每個(gè)水箱最大重量100 t（含自重），輔助吊具自重約10 t，因此載荷試驗(yàn)需要3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)水箱，水箱之間采用上、下堆積的方法通過連接板和短軸連接，具體方式見圖3。

圖3 水箱及吊具整體組裝

由于單個(gè)水箱均采用側(cè)面板插入底面板后銷軸連接的方式進(jìn)行組裝，因此組裝難度不大，但一定要確保每一個(gè)銷軸均完全插入銷孔，為了確保試驗(yàn)時(shí)銷軸不會(huì)因?yàn)樗漕l繁起落而脫銷，采用了在每個(gè)銷孔外焊接擋塊的方法進(jìn)行優(yōu)化，然而拆除時(shí)比較費(fèi)勁，建議在今后試驗(yàn)時(shí)做成螺絲把合式的擋塊。單個(gè)水箱組裝完成后，一定要理順?biāo)淅锏?個(gè)水袋，即掛好隔板、連接好水袋間管道、穿好進(jìn)出水管。在此過程中要注意水箱和水箱隔板與連接管接觸部位是否有高點(diǎn)和擠壓情況，防止充水膨脹后擠破水管。最后安裝側(cè)面板連接桿，確保水箱整體強(qiáng)度。

3個(gè)水箱組裝完成后進(jìn)行輔助吊具的組裝，吊具梁由4根梁以及拉板、銷軸等組成，吊具的四根梁采用銷軸連接，組裝時(shí)應(yīng)注意控制吊具整體尺寸，特別是四個(gè)連接板銷孔位置，要控制在1 cm以內(nèi)，吊具梁組裝完畢后，用4根Φ120-6×36sw+IWR-1 700吊裝鋼絲繩掛在起重機(jī)的吊鉤上，將吊具梁的下端拉板，插入水箱的箱體連接孔內(nèi)，并穿入銷軸，即完成水箱與吊具的組裝。

4.2 試驗(yàn)配重計(jì)算

試驗(yàn)配重從橋機(jī)主鉤額定負(fù)荷的25%（62.5 t）到125%（312.5 t），考慮到三套水箱整體組裝后注水測(cè)量不方便，決定采用單個(gè)水箱注滿后再加水箱的方式進(jìn)行配重，具體分配如表1。

表1

4.3 注排水方式和測(cè)量方法

4.3.1 注排水方式

荒溝抽水蓄能電站利用已安裝好的地下廠房施工供水管路作為取水管，在蓮花湖內(nèi)放置了一臺(tái)揚(yáng)程為50 m的潛水泵，將水經(jīng)過進(jìn)廠交通洞輸送至安裝間，而后通過消防水帶將水從水箱的進(jìn)水管注入水箱內(nèi)，由于橋機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)是在冬季進(jìn)行，從取水點(diǎn)至電站安裝間約2 000 m，溫度較低，因此每次注排水完成，必須將管路內(nèi)的存水排干凈，防止管路內(nèi)結(jié)冰堵塞。試驗(yàn)過程和試驗(yàn)完成后的排水也是利用該管路，只不過由于組裝后的三層水箱無法放置水泵，因此利用了設(shè)置在距離安裝間不遠(yuǎn)的臨時(shí)滲水收集坑，即先將蓮花湖內(nèi)的潛水泵放置在該集水坑內(nèi)再將水箱排水的消防水帶引至滲水收集坑，利用水箱排水管的閥門調(diào)節(jié)進(jìn)入滲水收集坑的水量，以達(dá)到抽、排水平衡，由于安裝間與交通洞口落差為70 m，因此在管路中間部位增加了1臺(tái)增壓泵，確保試驗(yàn)用水的排出。

4.3.2 測(cè)量方式

由于水箱為規(guī)則的長方體，因此水箱注水量的測(cè)量采用了通過測(cè)量水箱內(nèi)水位的高度來計(jì)算的方法，比之前采用電磁流量計(jì)測(cè)量的更加精確（水箱或多或少會(huì)有滲漏水）和直觀，解決了電磁流量計(jì)突然斷電或損壞造成的負(fù)荷計(jì)算錯(cuò)誤問題，然而卻存在著水箱組合后上層和中間水箱水位不易測(cè)量的問題，本次試驗(yàn)采用了單個(gè)水箱注滿水后再加水箱的方式來解決。

4.4 試驗(yàn)過程

將組裝好的3個(gè)水箱并排擺放在安裝間，相互間距2 m左右，用千斤頂和木墊板將三個(gè)水箱調(diào)平，每個(gè)水箱長邊方向水平不大于1 cm，短邊方向水平不大于5 mm。然后將水箱1位置做好標(biāo)記，每次試驗(yàn)完成，換鉤時(shí)再落回該位置。

由于每次配重均要兩臺(tái)機(jī)輪流使用，為確保鋼絲繩掛拆人員安全，在吊具梁上搭設(shè)工作平臺(tái)，用主鉤將吊具起吊至水箱1上方，并使用掛在主鉤上的兩個(gè)10 t導(dǎo)鏈調(diào)整吊具梁的水平，緩慢落下吊具，將四個(gè)連接板插入箱體連接孔內(nèi)（連接孔比連接板在寬度和厚度方向均大2 cm），并穿入銷軸，由于連接板上的孔的直徑比銷軸外徑大2 cm，因此安裝難度不大，但應(yīng)注意銷軸與箱體連接孔的配合較小（單邊2 mm），安裝時(shí)應(yīng)確保接觸面清潔，且由于箱體連接孔較連接板大，而連接板孔較銷軸大，因此每次換鉤后整體起吊時(shí)，水箱該部位會(huì)發(fā)出金屬碰撞聲，特別是3個(gè)水箱整體組裝后，該聲音較大，在試驗(yàn)過程中，專門對(duì)該部位進(jìn)行了拆解，未發(fā)現(xiàn)連接裝置有損失，因此不影響使用安全。而在試驗(yàn)過程中應(yīng)重點(diǎn)檢查水箱連接裝置和底面板的連接部位，因?yàn)樵摬课皇芰ψ畲螅舫霈F(xiàn)變形或裂紋，應(yīng)第一時(shí)間停止試驗(yàn)。

箱體1與吊具組裝完成后，按照試驗(yàn)配重分配進(jìn)行橋機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)，在此過程中嚴(yán)格按照GB 50278-2010《起重設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行試驗(yàn)，水箱無問題，但在加裝水箱2時(shí)發(fā)現(xiàn)雖然水箱2是水平的，但由于吊具使用鋼絲繩與主鉤連接的方式，因此水箱1有偏斜，造成四個(gè)連接板無法插入連接孔，這時(shí)使用千斤頂輕微調(diào)整水箱2的水平，并利用撬棍和水箱1的自重完成了水箱2的掛裝，水箱2注滿水后，水箱水平得到了改善，水箱3掛裝較為順利。

在橋機(jī)125%靜載負(fù)荷試驗(yàn)（見圖4）和110%動(dòng)載負(fù)荷試驗(yàn)（見圖4）過程中，水箱整體表現(xiàn)良好，特別是在增加了主廠房巖錨梁整體試驗(yàn)后，經(jīng)過六天六夜的滿負(fù)荷（不低于250 t）考驗(yàn)，整個(gè)水箱和吊具未出現(xiàn)變形和裂紋（試驗(yàn)后檢查），得到試驗(yàn)各方的一致好評(píng)。

圖4 橋機(jī)110%、125%負(fù)荷試驗(yàn)

5 技術(shù)改進(jìn)

由于黑龍江荒溝抽水蓄能電站起重機(jī)利用水箱做負(fù)荷試驗(yàn)在國內(nèi)尚屬首次，因此此次水箱試驗(yàn)是一次大膽的探索，雖然結(jié)果是完美的，但過程中卻存在一些問題，為將該種方法更好的推廣，提出以下優(yōu)化建議：

（1）吊具梁與橋機(jī)主鉤的連接方式可進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，做成銷軸連接的方式，既可減少水箱的整體高度，又能提高水箱的使用安全性；

（2）在水箱側(cè)面板連接桿上固定水位尺，方便注水量的計(jì)算，負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)就可采用水箱整裝后再注水的方法進(jìn)行試驗(yàn)，避免了由于起吊水箱水平偏差較大，造成不易掛裝水箱的情況；

（3）水箱組裝完成后受場地平整度等其它影響，組裝后的水箱不會(huì)在同一水平面上，水作為液體流動(dòng)性較大，自然而然的會(huì)向低處積存，水箱在重量不均等的情況下，起升過程中會(huì)出現(xiàn)偏斜，建議在水箱側(cè)面垂直方向上各安裝一個(gè)水平儀，注水前，先將整個(gè)水箱調(diào)整水平狀態(tài)，同時(shí)在注水過程中持續(xù)監(jiān)測(cè)水平情況，確保側(cè)面受力均勻；

（4）試驗(yàn)時(shí)，在水箱中放置適量的木頭，防止動(dòng)作過大時(shí)水晃動(dòng)造成重心失衡。

6 結(jié)束語

通過利用水箱作為承載裝置不僅達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康模瑴p小了起重機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)的難度，同時(shí)拓寬了起重設(shè)備載荷試驗(yàn)負(fù)荷選擇的范圍，有效解決了以往載重負(fù)荷的弊端。經(jīng)過這次的實(shí)踐，該種方法必將因其綠色環(huán)保、安全可靠的理念得到更加廣泛的推廣，同時(shí)也證明了唯有創(chuàng)新才能魚和熊掌兼得。創(chuàng)新強(qiáng)國，讓我們每一個(gè)生產(chǎn)者都不忘初心、牢記使命，用創(chuàng)新和實(shí)干去實(shí)現(xiàn)偉大的中國夢(mèng)。