抽水蓄能电站主厂房桥式起重机主副小车结构优化与应用

（安徽绩溪抽水蓄能有限公司，安徽宣城 245300）

在电站机电安装及投产后检修期间均面临大件设备吊装频繁的问题，且经常需要桥式起重机主副钩联合起吊。然而传统桥机的主副小车为一体式结构，主副小车间距离固定不可调，不能满足不同尺寸的大件设备联合起吊作业的要求。

本文介绍了安徽绩溪抽水蓄能电站主副小车间距可调的桥式起重机。该桥式起重机主副小车结构在满足传统起重小车功能的同时，还能实现主副小车间距可调，保证设备吊装时的便捷性、稳定性和水平度；同时主副小车仅使用一套行走机构、节省了投资。在整圈转子磁轭吊装时效果十分明显，较传统两台桥机联合起吊节省了一台桥机，使另一台桥机可进行其他起吊作业，大大提高了设备利用率。

1 主副小车结构改进目的及改造过程

1.1 绩溪抽水蓄能电站概况

安徽绩溪抽水蓄能电站（以下简称“绩溪电站”）装机容量1 800 MW，安装6台300 MW立轴单级混流可逆式机组，筹建期工程于2013年6月20日开工建设，主体工程于2014年12月29日开工建设，工程动态总投资人民币98.88亿元。

绩溪电站主厂房共配备两台QD250/50t-23A3桥机，为双梁单小车双钩室内用的桥式起重机，用于电站地下主厂房内6台水泵水轮机组及其附属设备的安检，前期用于土建浇筑混凝土。最重起吊部件为发电电动机转子（约400 t），发电电动机转子采用二台桥机并联运行并通过平衡梁起吊。

为满足绩溪电站转子整圈磁轭现场组装起吊的要求，同时方便现场施工及电站投产后的设备检修及大件联合起吊工作，对两台桥机的主副小车的连接结构进行了改进优化，使主副小车之间的距离可以灵活调整。

1.2 改进目的

目前绩溪电站正处于机电安装高峰期，桥机使用频繁，现场施工经常需要利用桥机对大件设备（定子机座、顶盖、底环等）进行起吊作业，会需用到主副钩联合起吊，且绩溪电站的转子磁轭采取的是整圈磁轭分段组装的方式，这对现场的起吊作业提出了新的要求。同时该电站安装有6台机组，电站投产后也面临检修强度大、桥机起吊工作量大等问题，为便于电站投产后的设备检修也需要对桥机的主副小车结构进行改造优化。

1.3 改进要求

主要从绩溪电站转子磁轭整体吊装、大件设备起吊、投产后设备检修方便等方面考虑，进而对电站主厂房的桥机主副钩结构进行优化设计。

1.3.1 满足整圈磁轭吊装要求

根据绩溪电站发电电动机受力计算分析，其转子磁轭采用了整圈分段吊装的结构，该结构磁轭强度大，能够较好地适应绩溪电站高转速、一根轴结构的发电电动机，而这种方式势必会对磁轭的起吊提出新的要求。

为保证整圈磁轭的起吊水平度精度要求，绩溪公司提出了以下3种解决方案：①采用汽车吊和桥机联合起吊的方式作业；②采用主钩辅助专用吊具起吊；③采用桥机主副钩联合起吊的方式来进行吊装作业。

经过组织专家人员进行论证，认为第一种方案中所提出的汽车吊和桥机联合作业方式存在以下问题：①由于主厂房安装间场地有限，在转子磁轭吊装时，汽车吊会长时间占用安装间场地，影响其他工作的开展，且汽车吊的作业影响范围较大，增加了安全隐患的范围。②汽车吊和桥机联合作业时，需要两个起重工同时作业，这势必会存在着操作不同步的现象，从而增加吊装作业风险性，可能对磁轭造成损伤。另外，由于操作不同步，将不能保证起吊作业时整圈磁轭的水平度，这样将会延长作业时间。③多投入一辆汽车吊也会增加作业成本。

第二种方案存在以下问题：①对于分段轴转子支架，由于其轴向高度较低，磁轭安装可采用钢丝绳单点起吊的套装方式。而绩溪电站发电机轴为一根轴结构，在厂房起吊高度有限的情况下，无法采用单点起吊，而只能采用双点起吊的安装方式。②由于转子磁轭安装时转子支架的位置是固定的，这就要求磁轭起吊后能够在周向自由旋转来调整磁轭键槽的位置，若起吊点连接在桥机上，桥机不能旋转，起吊中的磁轭也就无法周向旋转。要实现自由旋转，可考虑设计一种由吊架、回转轴承等组成的专用吊具；而单点起吊对厂房起吊高度要求又太高。对于非一段轴结构、厂房起吊高度充裕的电站可考虑继续研究单吊点起吊的专用工具的可能性。

1.3.2 适应于不同尺寸的大件设备联合起吊

对于抽水蓄能电站除定子、转子（定子及转子因重量较大，需采用两台桥机联合起吊方式）之外的定子机座、顶盖、底环等大件设备吊装，传统起吊方式多为单钩起吊、双小车桥机（此处指两个小车各自拥有独立行走机构的桥机）联合起吊、传统桥机的主副钩（此处指主副钩间距不可调的桥机）联合起吊等。以上几种方法有以下缺点：①单钩起吊时，不能保证设备吊装稳定性，吊装风险较大[1]；②双小车桥机联合起吊可满足设备联合起吊要求，而双小车意味着需配备两套小车行走机构，造价较高；③传统桥机的主副钩联合起吊，因主副钩间距不可调，只能联合起吊某一种尺寸的大件设备，对大件设备尺寸要求较高，对于其他尺寸的大件设备使用主副钩联合起吊。

为解决传统大件联合起吊的问题，增加主厂房桥机主副钩的利用率，绩溪电站需对桥机本体的结构形式进行改进优化。

1.3.3 方便设备检修

对于抽水蓄能电站设备检修而言，一般10 t电动葫芦辅以50 t副钩即可满足检修要求，而当大件设备需检修时如能主副钩同步起吊则可大大提高检修工作的工作效率。同时，对于大容量、多机组电站而言，进入安装期或检修期后，提前投产发电意义重大[2]，而采用主副钩联合起吊可节省一台桥机，提高桥机利用率，有利于提高进度。

基于上述几个方面的考虑，绩溪抽水蓄能有限公司（以下简称“绩溪公司”）决定对主副钩联合起吊的方式进行研究、论证，并最终决定采用该方式对桥机进行设计。

传统桥机主副小车的连接方式为焊接连接，一旦采用，主副钩之间的距离则为固定值，不可调节。为保证桥机主副钩的上下游极限位置，此种结构下桥机主副钩间距小于1 500 mm。由于绩溪电站发电机大轴为一根轴结构，长达9 817 mm，此种结构下进行转子磁轭组装时会出现严重的斜拉问题，影响桥机的结构稳定，不能满足转子整圈磁轭分段吊装的工作要求。为满足转子整圈磁轭分段吊装的要求，需要增加主副钩之间的距离；并且为了不影响主厂房2台250 t桥机主副钩的上下游极限工作位置，绩溪公司对主厂房2台250 t桥机的主副小车的连接方式进行了改进优化。

经过论证，绩溪公司决定通过采用螺栓连接的方式将主副小车连接在一起。要满足主副钩联合起吊的要求，势必会涉及主副钩间距的问题，为此，绩溪公司组织专家讨论，根据转子磁轭吊具尺寸对主副钩间距进行设定，进而确定了桥机主副钩变距（即变距小车）的方案。

2 结构优化及实际应用

2.1 结构优化

（1）增加了主副小车之间的连接螺栓、两根主副小车的连接杆；连接杆两端开有螺栓连接孔，用于其同主副小车连接，从而改变主副钩间距，主副钩同时在各自的小车轮中间，以保证其运行时的结构稳定性（结构见图1）。

图1 变距主副小车结构

正常作业时将主副小车直接用螺栓连接在一起，这样既可保证主副小车的稳定性，又不会影响主副钩的上下游极限工作位置。在需要增大主副钩之间的水平距离时，可以通过在主副小车之间增加连杆来调整主副钩之间的水平距离，这样便于大件设备吊装作业，降低了大件设备吊装的风险，并减少了设备吊运的时间。

（2）增加了一个联动控制装置（控制流程见图2）。在主副钩协同作业时，被吊物件的重心会随着主副钩承载比例的变化而变化[3]，故需尽量保证主副钩同步运行。在需要主副钩同步工作时，将副钩的控制方式切至从动位置，由主钩操作手柄同时控制主副钩，从而实现主副钩同步运行。在同步运行时，安装在主副钩上的绝对值编码器在线测量主副钩的行程，通过PLC对绝对值编码器的测量值进行计算比较，输出转速控制信号到主副钩的电机变频器，从而实现主副钩的同步运行。

为满足上述要求，绩溪公司组织设计方、主机厂家、桥机厂家等各方专家对此方案进行专题讨论。经论证，明确采用磁轭套装采取主副钩联合起吊的方式，要求厂家在进行桥机设计时按照主副小车可变距方案进行设计。

图2 主副钩同步流程

经过系列论证与研究，最终确认，桥机主副钩正常工作时距离为1 500 mm，转子磁轭吊装时主副钩距离调整为3 400 mm。同时，主副钩联合起吊的同步误差不超过25 mm，联合起吊时的升降速度不超过0.6 m/min。转子磁轭吊装三维图和剖面图见图3和图4。

图3 转子磁轭吊装三维示意

2.2 实际应用

2.2.1 主副钩技术参数满足要求

桥机设备在现场安装后，绩溪公司组织监理、施工单位共同对主副钩联合起吊试验进行了见证。经过现场见证，主副钩联合起吊的同步误差及升降速度满足上述要求，主副钩距离最小为1500mm，最大为3 400 mm，符合最初要求，能满足磁轭吊装及转子磁轭整圈吊装的使用要求。

2.2.2 转子磁轭组装

图4 转子磁轭吊装剖面示意

经过验证，主副钩同步运行时其高度偏差不超过5 mm，满足磁轭组装要求。单台桥机既满足转子磁轭整圈吊装的使用要求，极大地缩短转子磁轭的组装工期，也提高了设备使用效率，避免了在磁轭安装时同时占用两台桥机，使另一台桥机可用于其他起吊作业，这在一定程度上缩短了整体工期。统计绩溪公司1号发电电动机转子磁轭安装时间可知，除首段磁轭调整需3 d外，其余7段磁轭安装时可以每天验收1段，只需10 d即可完成转子磁轭的现场组装工作（不含打键）。转子磁轭现场吊装见图5。

2.2.3 大件设备联合起吊

相较传统桥机，采用此种结构以后，在绩溪电站定子机座、顶盖、底环等大件设备吊装过程中优势明显。在后续应用过程中，该结构还可根据设备尺寸不同，更换不同长度的连杆，从而在保证安全、降低投资的前提下实现大件联合起吊。

图5 首段磁轭吊装

因主副钩额定起重量不同，绩溪电站工程主钩额定起重量为250 t，副钩额定起重量为50 t，在进行联合起吊时，需严格遵守安全规程，每台吊钩的荷重均不准超过其80%的额定起重量。采用主副钩联合起吊前，对于起吊设备的尺寸、起吊重量、钢丝绳选取、起吊工具等需进行校核计算，确保安全后方可进行。

3 结语

通过对桥式起重机主副小车结构进行优化，实现了起重机主副小车可分，主副小车间距可调；同时主厂房250 t桥机的主副钩可通过主钩的操作手柄实现同步运行，且同步偏差不超过5 mm。优化成果应用在绩溪电站工程建设过程中切实降低了劳动强度、提高了劳动生产率、在一定程度上缩短了工期，直接降低了投资成本。可对今后在新的抽水蓄能电站建设过程中提高吊装过程安全性、稳定性提供参考。