受限条件下抽水蓄能电站进水阀翻身关键技术研究及应用

周若愚

(中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710032)

丰宁抽水蓄能电站进水阀为卧轴双面密封球阀，设一道检修密封(上游侧)和一道工作密封(下游侧)，其中上游侧检修密封设有机械锁锭。采用两个液压直缸活塞式接力器开启、关闭球阀。进水阀主要由球形阀本体、连接管、伸缩节、接力器、油水系统以及电气系统等组成。进水阀本体总重量约为115t，进水阀公称直径2300mm，外形尺寸(L×H×W)5113mm×4250mm×3260mm。

1 施工难点

因受运输限制，进水球阀本体只能卧式运输到货，到达厂房安装现场后，为满足安装要求，需对进水阀进行整体90°翻身。丰宁抽水蓄能电站两期厂房内共设3台QD320/50/16t桥机，由于桥机副钩只有50t，无法辅助吊装115t球阀，主副钩配合翻身的方案不可行。采用320t主钩单钩翻身，在球阀离地瞬间，由于是一个吊点，将产生巨大的推力(即进行摆动)，吊车将出现危险，采用320t钩单独进行翻身不能满足要求。如采用两台320t桥机两个大钩抬吊进行进水阀翻身，两台桥机大钩的最短距离为11865mm，远大于球阀的宽度，同时钢丝绳存在左右窜动的情况，造成钢丝绳损坏，不能满足球阀翻身要求。为确保工期计划及施工安全，在起吊设备及施工现场条件受限的条件下进行进水阀翻身，需采用一套完整可行的安装方案。结合现场实际，采用一台320t桥机及一台120t汽车吊抬吊对球阀进行翻身，确保进水阀翻身安全便捷及可操作性。

2 施工准备

2.1 技术准备

熟悉厂家提供的安装说明书、图纸资料及设备性能；按照审批完成的进水球阀翻身方案对施工人员进行技术交底与安全交底；起重作业人员持证上岗。

2.2 设备进场验收及材料准备

按厂家设计图纸，对球阀各部件的外观、尺寸、数量及厂家到货资料等进行检查，如有问题应及时反馈给监理和厂家代表，确定解决方案后方能施工。核对技术文件是否齐全(按随机技术文件清单进行)。检查清点制造厂提供的专用工器具，同时准备好需自备的施工工器具及测量工具。

2.3 现场条件准备

进水球阀翻身区域(安装间)内，非作业人员及材料全部撤离，地面清理干净。安装足够的照明设备。配备通信设备，保持通信畅通。提前准备好翻身所需要的钢丝绳及索具，经检查钢丝绳应状态良好，无断丝断股，且所有卸扣及锁具经过PT探伤检查合格。吊装前对桥机机械电气部分进行全面检查，吊装过程中制动装置设专人监护。进水阀翻身工艺流程见图1。

图1 进水阀翻身工艺流程

3 吊装校核及计算

吊车选用120t全地面汽车起重机，汽车吊长14.69m，支腿全部打开宽7.3m，主拔杆长12.8m，主拔杆升起后最高点离地面14.32m，安装间长75m，宽23.5m，安装间地面至网架的高度为18.1m，满足汽车吊工作要求。120t汽车吊现场吊装半径3.5m，主臂长12.8m，汽车吊吊装重量为115t，吊装时采用汽车吊和主桥机抬吊的方式，汽车吊只承受球阀一半的重量(约83t)，故120t汽车吊满足要求。

3.1 钢丝绳选型及吊装高度核算

Gp=(W1/cosα)/8=[115/cos10°]/8=14.6t

(1)

式中Gp——单根钢丝绳承受荷载；

W1——设备重量；

α——钢丝绳与垂直面夹角。

φ80钢丝绳为6×37+FC、抗拉强度为1570MPa系列钢丝绳。

钢丝绳的破断拉力为：

F0=K′D2R0/1000=0.319×802×1570/

1000=3205kN

(2)

式中F0——钢丝绳最小破断拉力,kN;

D——钢丝绳直径,mm；

K′——钢丝绳最小破断拉力系数，为0.319；

R0——钢丝绳公称抗拉强度，MPa。

钢丝绳的安全系数为

K=F0/(2Gp×9.8)=3205/(2×14.6×9.8)=11.2

(3)

故选用φ80 6×37+FC钢丝绳有11.2倍安全系数，能满足翻身吊装要求。

3.2 进水阀吊耳受力核算

进水阀最大起吊重量约为115t，对吊耳进行强度核算。吊耳参数：板厚δ=100m，底部宽度B=356mm，上端圆角半径R=135mm，开孔直径r=115mm，材质Q345-B。焊脚K>40mm。

3.2.1 吊耳强度计算

吊耳承受拉力载荷为

(4)

式中C——不均匀受力系数，取值1.2；

g——重力加速度，取9.81m/s2。

正应力为

(5)

式中Fmin——垂直于拉力P方向的最小截面积。

Q345材料的的许用应力为

(6)

式中σS——Q345-B材料的屈服强度，取值345MPa；

n——结构安全系数，取值1.5。

σ<[σ]，满足使用要求。

剪切应力为

(7)

式中Amin——平行于拉力P方向的最小截面积。

许用剪切应力为

[τ]=a[σ]=0.6×230=138MPa

(8)

式中a——换算系数，取值0.6。

τ<[τ]，满足使用要求。

3.2.2 吊耳焊缝强度校核

(9)

(10)

[σ]焊=α[σ]=0.7×230=161MPa，

[τ]焊=a[σ]焊=0.6×161=96.6MPa

(11)

式中γ——焊脚载荷系数，取2.0；

α——焊脚强度换算系数，取0.7。

[σ]焊=161MPa

(12)

[τ]焊=96.6MPa

(13)

综上所述，在σ、τ共同作用下，吊耳焊缝组合应力为

(14)

吊耳强度满足吊装要求。

4 翻身工艺

4.1 进水阀吊装至翻身工位

进水阀吊装至翻身工位前，检查活门拐臂的锁定，防止翻身过程活门翻转。进水阀吊装至翻身工位采用厂房320t桥机。索具选用2根φ80×4.5m及2根φ80×13m钢丝绳、2个85t卸扣及2个80t卸扣，球阀本体重115t。吊装见图2，进水阀摆放位置见图3。

图2 进水阀吊装示意图

4.2 汽车吊支车就位

汽车吊选用120t全地面汽车起重机，120t汽车吊车头朝向厂左侧，就位后回转中心距离安装间下游墙5600mm，距离安装间上游工具间中心线2000mm。车体与上下游边墙平行，支腿伸出长度2250mm。汽车吊就位后位置见图3。汽车吊回转半径3.5m，臂长12.8m，最大起重量115t，而球阀总体重量115t，作用于汽车吊的重量为69t(已考虑不匀衡载荷)。汽车吊实际起重能力远大于吊装负荷，120t汽车吊满足球阀翻身要求。

图3 进水阀摆放位置

4.3 吊索与吊钩连接

将120t汽车吊臂杆缓慢升起，调整汽车吊主钩与球阀下游侧吊耳中心线重合，顺时针旋转汽车吊主臂至靠近桥机大梁后停止，然后开动桥机小车向下游侧移动，使桥机320t主钩与球阀上游侧两吊耳中心重合，为避免桥机主钩与汽车吊主臂空间位置发生冲突，行走过程中监测各设备安全距离。将320t桥机主钩及120t汽车吊主钩与钢丝绳、卡扣连接好。桥机主钩钢丝绳及卡扣连接到球阀上方处吊耳，汽车吊主钩钢丝绳及卡扣连接到球阀下方处吊耳。以球阀上游侧法兰为支点进行翻身，在翻身过程中球阀贴地法兰处必须垫方木进行防护，防止对法兰造成损伤。汽车就位过程中臂杆高度情况见图4。

4.4 进水阀起吊翻身

所有钢丝绳、卡环安装完成后，统一再检查一遍确保安全，之后起升桥机大钩，让钢丝绳稍微带劲拉直，等钢丝绳带劲后，注意检查桥机大钩位置必须和球阀垂直，必须处于各自两个吊耳的中心位置。

缓慢起升320t桥机主钩，使球阀缓慢向上游侧倾斜，待球阀吊离地面100mm后，调整球阀位置，旋转汽车吊支臂位置，起升汽车吊主钩，使球阀缓慢向水平位置旋转，最终至安装位置。翻身过程见图5～图8。翻身完成后放置在安装间合适位置，底部铺木板保护。

图5 翻身过程示意图(1)

图6 翻身过程示意图(2)

图7 翻身过程示意图(3)

图8 翻身过程示意图(4)

5 结 语

进水阀翻身技术在丰宁抽水蓄能电站的成功应用，克服了厂房净空及起吊设备限制等困难，通过一系列的方案考虑和技术细节的分析研究，解决了进水阀整体吊装翻身的诸多技术、操作、安全方面的难题，保障了安装工程质量和施工安全，提高了项目施工质量并确保了施工安全。本文通过对卧式进水阀整体翻身技术、吊机站位及吊索与吊钩连接等关键技术的深入研究，相关技术得到验证，为后续工程项目的技术设计提供了有效的支持。