異軌雙行車并車吊裝法在海外某核電站的應用

吳留恩

(中國能源建設集團江蘇省電力建設第三工程有限公司，江蘇 鎮江 212003)

0 引言

在核電站工程中，500 t級發電機定子有多種吊裝方法。本文基于某海外核電站工程，詳細介紹了如何選擇利用廠房既有起重設備，開發并首次成功應用異軌雙行車并車吊裝法的全過程。

1 工程概況

海外某核電站采用我國研發設計的具有完全自主知識產權的“華龍一號”三代核電技術。項目常規島主廠房縱向共設11條軸線，全長107 m，最大寬度83.5 m，汽機房、除氧間和輔助跨橫向布置。汽機房跨度47 m，共設3層，即底層、中間層和運轉層，相對標高分別為-8.5 m、±0.0 m和9 m。汽機房安裝400 t和160 t橋式起重機(簡稱“行車”)各1臺，軌頂標高分別為28.5 m和22.1 m。汽輪發電機采用彈簧隔振基礎，汽輪發電機縱向中心線與廠房3/A軸線一致，距A排23 m，汽輪發電機動轉層基座長57.7 m，寬22.5 m，頂部標高9 m，發電機橫向中心線距廠房8軸5.334 m。

發電機定子筒體直徑4.7 m，外形尺寸為：長12.9 m，寬5.46 m，高4.91 m。發電機定子凈重510.2 t，重心偏向汽機端，距發電機中心線370 mm。定子吊耳縱向間距5 080 mm，橫向間距5 180 mm。發電機定子采用平板車，從汽機房11軸端、靠近B排側的大門運進廠房，停靠在±0.0 m層檢修平臺上，進行開箱檢查和吊裝前準備。該工程現場備有1臺3 000 t履帶式起重機(簡稱“履帶吊”)，主要用于核島大件吊裝。

2 吊裝方案選擇

500 t級發電機定子吊裝方法有3類：大型起重機械吊裝方案、液壓提升裝置吊裝方案和利用廠房既有行車吊裝方案。通過分析這3類吊裝方案的特點，選擇適合海外某核電站的吊裝方法。

2.1 大型起重機械吊裝方案

在汽機房屋頂封閉前，采用3 000 t履帶吊，站位于汽機房A排外側，起吊半徑60 m可滿足定子吊裝就位。該方案主要存在3個問題：1)履帶吊的使用時間與核島施工組織存在沖突，難以協調；2)履帶吊站位區域的地基處理費用較大，履帶吊進退場或行走道路加寬升級的費用較大；3)定子從屋頂吊入廠房要求較早就位，定子供貨存在困難，且就位后維護時間較長。該方案雖然可行，但存在不確定性，而且在國內外同類工程中未見有應用實例。

2.2 液壓提升裝置吊裝方案

在汽機房11軸外側安裝一組專用的鋼構提升架、鋼索式液壓提升裝置和行走架，在汽機房運轉層，鋪設一對軌道，一端連接鋼構提升架，另一端延伸至發電機基礎的汽機側。利用鋼索式液壓提升裝置將定子提升至高于汽機房運轉層，啟動卷揚機牽引行走架及定子，沿軌道平穩移至發電機基礎實現就位。該方案成熟、安全、可靠，有越南海陽核電站成功應用經驗，但整套裝置重達280 t，尤其是海外項目進出口及運輸費用較高，而且涉及運轉層平臺和汽機房11軸外的場地占用等問題。

2.3 利用廠房既有行車吊裝方案

發電機定子凈重510.2 t，汽機房既有400 t和160 t行車各1臺，兩行車的軌頂高差6.4 m。經過分析，擬定了2個方案：方案一為400 t單行車雙小車抬吊法，方案二為異軌雙行車并車吊裝法。其中，方案一只用400 t行車吊裝，安全性、同步性較好，有田灣核電站3號、4號機組等工程成功經驗，但行車輪壓大、超載多，不僅需加固行車軌道梁，而且對廠房結構有一定影響，另有1臺小車需臨時拆裝；方案二直接利用既有400 t和160 t行車，總額定吊裝能力560 t，大于526 t載荷，只需2臺行車并車運行，吊裝簡便快捷，不存在加固、改裝和施工場地占用等問題，但該方案需解決并車技術難題，尚無工程經驗可供借鑒。

2.4 吊裝方案比較和選擇

3 異軌雙行車并車吊裝系統組成

異軌雙行車并車吊裝系統主要由行車及并車電控系統、負荷分配扁擔梁和鋼絲繩等組成。

從上述3類方案比較情況可知，利用廠房既有行車吊裝最經濟可控，其中的方案二：異軌雙行車并車吊裝法，需要額外投入的裝備最少，綜合施工成本最低，且經設計單位、制造廠家和施工單位共同復核，不存在結構加固、設備臨時改裝和施工場地占用等問題。經反復研究，在行車制造廠家技術人員的協助下，采用虛擬并車技術，克服了異軌行車并車的技術難題，并且把異軌雙行車并車吊裝法作為行車設計、制造的1個工況加以落實，最終確定采用異軌雙行車并車吊裝法。

3.1 行車及并車電控系統

行車即橋式起重機，2臺行車規格分別為：1)主 鉤400 t、副 鉤60 t、跨 距45 m的行 車；2)主 鉤160 t、副 鉤30 t、跨 距43.8 m的行車。2臺行車按高低軌布置。400 t行車的軌頂標高為28.5 m，最大輪壓720 kN；當負荷＞160 t時，主鉤提升速度0.14～1.4 m/min，提升極限標高27.7 m，小車運行速度1.5～15 m/min，大 車 運 行 速 度3.0～30 m/min。160 t行車的軌頂標高為22.1 m，最大輪壓600 kN；當負荷＞60 t時，主鉤提升速度0.14～1.4 m/min，提升極限標高21.9 m，小車運行速度1.5～15 m/min，大車運行速度3.0～30 m/min。2臺行車的橋架、大小車及軌道應分別通過1.25倍靜載試驗和1.1倍動載試驗。

根據發電機定子吊裝需要，每臺行車在設計、制造階段，分別配置網絡通訊模塊、建立行車之間的數據交換渠道，在聯動臺上設計3位轉換開關，分別標示為主車、本車及從車。

當現場不需要并車時，選擇開關置于本車狀態，此時行車處于單車模式，可以單獨實現除并車功能以外的所有功能。

當現場需要并車時，在任意一臺行車(如160 t行車)上，將選擇開關置于主車狀態，在另一臺行車上，將選擇開關置于從車狀態，建立并車模式。此時，主車可以同時操作、控制2臺行車(包括主車和從車)的相應機構同步運行，實現一體化的起重作業功能。2臺行車大鉤升降和小車移動的行程同步相對偏差不大于8 mm/m。

3.2 負荷分配扁擔梁

負荷分配扁擔梁的功能：一是負責2臺行車之間的負荷大小分配，二是滿足行車吊鉤與重物吊耳之間鋼絲繩或吊帶的連接要求。

根據海外某核電站的實際情況，設計制造1根負荷分配扁擔梁。該負荷分配扁擔梁由規格為HA900×450×40×20雙拼組成，兩翼緣板中心距為1.1 m，梁凈長為8.21 m，所用鋼材為Q345，重約15 t。

負荷分配扁擔梁設2只上吊耳和2對下吊耳，其中：上吊耳通過圓柱銷與行車主鉤直接連接，下吊耳通過圓柱銷與吊裝鋼絲繩連接。所有圓柱插銷與梁縱軸線平行，均通過手輪旋轉驅動。負荷分配扁擔梁中部設置豎向指示針及刻度，用于監測顯示梁的水平度。

2對下吊耳的間距分別為5 080 mm和3 000 mm，要求與發電機定子和模擬試驗負荷框架的吊耳縱向間距相匹配。2只上吊耳的相對位置，主要由行車運行時主鉤的安全距離決定；每對下吊耳與上吊耳及定子重心的相對位置，應使2臺行車的負荷率基本一致。

3.3 鋼絲繩

定子吊裝用2副鋼絲繩，由發電機制造廠提供。鋼絲繩公稱直徑為135 mm，長度26 m，整圈供貨。每股鋼絲繩設計受力為70 t，破斷力大于560 t，安全系數大于8[1]。

4 吊裝工藝流程

發電機定子吊裝移動包括提升、橫移、縱移和下降共4個環節，整個吊裝過程需經歷準備、吊運、就位和恢復共4個階段。其中，發電機定子吊裝的移動路徑為：定子運至汽機房檢修平臺指定位置→起吊提升通過吊物孔→沿廠房橫向平移→沿廠房縱向平移→到達基礎上方后落鉤下降。

4.1 提升高度校核

從下到上的基本參數：定子縱橫平移下方的平臺標高為9.0 m；為保證定子能夠順利越過平臺上的所有障礙物，定子底部最低點應高出平臺的距離為1.0 m；定子吊攀中心至定子底部最低點高度為2.5 m；定子吊攀中心與扁擔梁下吊耳中心連接鋼絲繩高度為7.3 m。

2臺行車提升高度分別校核如下：

1)160 t行車提升高度校核。主吊鉤極限標高為21.9 m，扁擔梁上下吊耳中心凈高為1.58 m。可提升的高度為21.9 m，需占用的凈高度為21.38 m；可提升凈高度與需占用凈高度的差值大于0，滿足安全要求；

2)400 t行車提升高度校核。主吊鉤極限標高為28.5 m，扁擔梁上下吊耳中心凈高為1.74 m。可提升的高度為28.5 m，需占用的凈高度為21.54 m；可提升凈高度與需占用凈高度的差值大于0，滿足安全要求。

4.2 工藝流程

發電機定子吊裝工藝流程為：并車條件準備及檢查→并車掛扁擔梁聯調試驗→負載模擬試驗→定子運抵現場指定位置→掛設起重鋼絲繩→定子起吊→定子沿廠房橫向平移→定子沿廠房縱向平移→行車落鉤定子下降→定子調平調正→定子落座就位→行車恢復。

5 操作要點

發電機定子吊裝包括技術準備、定子吊運和定子就位共3個主要階段。各階段操作要點分述如下。

5.1 技術準備

5.1.1 行車虛擬并車

并車主要是指1臺以上行車通過某種方式聯成一體，實現協同功能。為區別于傳統型鋼連接的有形剛性并車，該工程將柔性隱形的電控并車，稱為虛擬并車。并車前，2臺行車盡量靠近，2臺行車中心距約為6.978 m，將并車網線兩頭分別插入2臺行車的可編程邏輯控制器(programmable logic controller，PLC)、中央處理器(central processing unit，CPU)模塊網口，連接并車通訊電纜。

將160 t行車功能開關轉到“主車”位置，400 t行車開關轉到“從車”位置。此時，兩車聯動臺上“并車正常”指示燈自動點亮，表示并車通訊已建立。

分別操作160 t行車聯動臺上的主鉤、小車、大車的操作手柄，400 t行車和160 t行車的相應機構應能同步動作。分別操作400 t行車聯動臺上的主鉤、小車、大車的操作手柄，兩行車應無任何動作反應，表明并車功能正常。

5.1.2 行車主鉤掛裝扁擔梁

扁擔梁運至汽機房0 m層檢修平臺或9 m運轉層平臺，擱置在支架上，梁體順廠房縱向擺放，梁頂保持水平，上吊耳朝上；行車主吊鉤緩慢下降，伸入扁擔梁上吊耳對應耳板，并與銷眼對中，轉動手輪，驅動圓柱銷，使銷軸兩端與耳板鎖緊，實現扁擔梁與400 t行車、160 t行車主吊鉤連接。

5.1.3 聯合調試

聯合調試的目的在于熟練掌握行車在并車狀態下的操作步驟和注意事項，操作、調整和驗證雙行車并車起重系統的各項性能。

聯合調試主要包括以下4個方面：1)行車在并車、單車、并車反復切換，驗證各操作性能的穩定性和可靠性；2)在并車模式下，反復測試2臺大車的行程同步差。若大車行程同步差＞1.0 mm/m，則需會同行車制造廠家技術人員進行調整，直到反復測試、穩定，行程同步差≤1.0 mm/m為止；3)在并車模式下，反復測試2臺小車的行程同步差。若小車行程同步差＞8.0 mm/m，則需會同行車制造廠家技術人員進行調整，直到反復測試、穩定，行程同步差≤8.0 mm/m為止；4)在并車模式下，反復測試2只主鉤的行程同步差。若主鉤行程同步差＞8.0 mm/m，則需會同行車制造廠家技術人員進行調整，直到反復測試、穩定，行程同步差≤8.0 mm/m為止。

5.1.4 并車空載模擬試驗

空載模擬試驗要點主要包括：

1)在并車模式下，將行車開到定子起吊位置，將扁擔梁降落至1.8 m梁頂標高，測量、調整扁擔梁的水平度；在扁擔梁上吊線錘，對準在0 m層放出的定位線，確認扁擔梁能夠到達預定的平面位置；行車前后左右開行200 mm，驗證起吊點是否有允許調整的空間；在扁擔梁上懸掛鋼卷尺，將扁擔梁頂標高調升至11.8 m，測量扁擔梁兩端高差；

2)掛低檔啟動升主鉤，提升扁擔梁200 mm，暫停，用低檔切換啟動降主鉤，扁擔梁下降200 mm，暫停，反復3次；

3)切換中檔啟動升主鉤，提升扁擔梁至梁頂標高20.9 m，懸停。當扁擔梁通過運轉層平臺吊物孔時，用鋼卷尺實測驗證定子最大尺寸與吊物孔四周的安全距離；

4)切換低檔啟動小車向A軸前行，扁擔梁沿廠房橫向平移，至扁擔梁縱向中心線與運轉層平臺上放出的3/A軸線重合時，懸停；

5)切換低檔啟動大車向1軸線方向開行，扁擔梁沿廠房縱向平移，至扁擔梁橫向標記線與基礎上放出的定子橫向中心線重合時，懸停。在汽機房入口與發電機定子就位位置之間往返數次，檢查是否有異常啃軌現象；

6)切換低檔啟動降主鉤，扁擔梁同步下降，至梁頂標高19.9 m，懸停，測量梁端高差；

7)解除并車模式，在單車模式下，用主鉤微降或微升，調平扁擔梁；用小車微進或微退，調正扁擔梁軸線與廠房縱軸線平行；

8)行車切換到并車模式，啟動落鉤低檔同步下降200 mm，懸停；啟動落鉤低檔同步下降150 mm，至此一輪模擬試驗操作結束，重復數次。

在模擬試驗過程中應測量、記錄各階段的行程同步差，與調試結果比較，分析行程同步差的差異。根據模擬試驗結果，修正、完善和固化吊裝工藝過程和操作步驟。

5.2 定子吊運

5.2.1 發電機定子試吊

試吊是保證吊裝安全的重要環節，發電機定子試吊需完成以下操作[2]：

1)啟動行車大鉤提升動作，定子吊離車板50 mm左右，停止提升；檢查2臺行車受力情況，檢查力矩顯示器讀數與施工方案中預定的荷載是否一致；在安全距離外，觀察扁擔梁銷軸、鋼絲繩是否有異常。若發現異常，定子應立即落回車板，查明原因，妥善處理；若無異常，則靜懸10 min。分別測量2臺行車主梁跨中撓度[3]應≤跨度/1 000；

2)啟動行車落鉤動作，定子下降50 mm，平穩落回車板。觀察行車、扁擔梁、銷軸、吊攀、鋼絲繩等是否有變形或異常；分別再次測量2臺行車主梁跨中撓度；比較垂直度、撓度是否能夠恢復原位；

3)匯總各方面信息，確認一切正常后，啟動行車大鉤提升動作，定子吊離車板500 mm，停止提升；在車板上壘3垛道木，將定子墊牢(作為保險)，對定子臺板底面進行清理、檢查。

5.2.2 發電機定子提升

發電機定子提升步驟如下：1)總啟動行車大鉤提升動作，定子以0.14 m/min速度上升。大件運輸平板車開離汽機廠房；2)持續5min左右，觀察到定子無明顯晃動，換檔加大定子提升速度；3)當定子底部上升到高于運轉層平臺時，換檔降低定子提升速度；4)當定子底部上升到高于運轉層平臺1.0 m時，停止提升，提升總高度約10 m。

5.2.3 水平度修正

檢查扁擔梁水平度，若傾斜角度超過1°，則需調整，即解除并車模式。在單車(本車)模式下，用主鉤微降或微升，調平扁擔梁。恢復并車模式。

5.2.4 定子沿廠房橫向平移

待扁擔梁調平，定子無明顯晃動后，用低檔啟動小車，定子向廠房橫向水平移動，到達3/A軸線時停止移動。

5.2.5 定子沿廠房縱向平移

待定子停穩、無明顯晃動后，用低檔啟動大車，定子沿廠房縱軸向基礎方向水平移動，到達定子就位中心時停止移動。

待定子停穩、無明顯晃動后，啟動低檔降主鉤，直到定子臺板距基礎臺板約500 mm時懸停。

5.3 定子就位

定子調平調正的主要步驟包括：1)解除并車模式，在單車和本車模式下，用主鉤微降或微升，調平定子臺板底面至水平；2)反復用小車微進或微退，調正定子縱向中心線兩端與基礎上的發電機中心線對齊；3)行車切換到并車模式，反復用大車微進或微退，調正定子橫向中心線兩側與基礎上的發電機橫向中心線對齊。

定子落座。先用低檔，啟動降主鉤，下降約300 mm，接近地腳螺栓頂，懸停。安裝人員全面檢查地腳螺栓與定子臺板螺栓孔眼的對正情況。定子臺板螺栓孔眼與地腳螺栓全部對正無誤后，用低檔啟動大鉤微降，定子落座就位。

解除起重鋼絲繩與定子連接，卸下鋼絲繩，將扁擔梁落到支架上，解除行車主鉤與扁擔梁的銷接，行車恢復到單車模式，發電機定子吊裝結束。

6 結語

異軌雙行車并車吊裝法采用虛擬并車技術，克服了并車難題。在海外某核電站工程中順利完成了2臺發電機定子吊裝，打破了異軌雙行車不能并車的傳統認識，取得了滿意的效果。