仙居抽水蓄能電站機組底環(huán)安裝關(guān)鍵技術(shù)探討

姜 如 洋

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

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仙居抽水蓄能電站機組底環(huán)安裝關(guān)鍵技術(shù)探討

姜 如 洋

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

總結(jié)了浙江仙居抽水蓄能電站機組底環(huán)安裝關(guān)鍵技術(shù)工藝，對機組底環(huán)安裝關(guān)鍵技術(shù)工藝難點進行了詳細分析，同時對施工過程中的機組底環(huán)臨時支撐平臺設(shè)計、制作安裝工藝流程進行了重點分解，可為同類型抽水蓄能電站機組底環(huán)設(shè)備安裝施工提供借鑒。

機組底環(huán)；支撐平臺；受力分析；仙居抽水蓄能電站

1 概 述

浙江仙居抽水蓄能電站是國家“十一五”重點建設(shè)工程，是我國已投產(chǎn)發(fā)電單機容量最大的抽水蓄能機組以及我國掌握大型抽水蓄能機組核心工作的開山之作，該電站安裝4臺單機容量為375 MW的混流可逆式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為1 500 MW。

該電站在機組設(shè)備安裝施工過程中遇到了一系列抽水蓄能機組設(shè)備安裝施工技術(shù)難題，其最為突出的是機組底環(huán)安裝技術(shù)。該電站機組底環(huán)由哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司制造，底環(huán)整體到貨安裝，外徑為6 524 mm。由于設(shè)計單位設(shè)計的機坑里襯上管口尺寸(φ5 100)比底環(huán)外徑尺寸小，導(dǎo)致土建混凝土澆筑至112.85 m高程時必須等待座環(huán)機加工合格后才能將機組底環(huán)吊入基坑就位，從而嚴(yán)重影響到機電設(shè)備、112.85 m以上高程混凝土澆筑及水機預(yù)埋件的安裝施工進度。根據(jù)上述情況，如何解決機組底環(huán)提前吊入機坑懸置固定，在保證安全質(zhì)量的前提下實現(xiàn)機組座環(huán)機加工工作與112.85 m以上高程土建混凝土澆筑及水機預(yù)埋件安裝施工同步進行是本課題研究的出發(fā)點和目的。

2 機組底環(huán)安裝關(guān)鍵技術(shù)

在國內(nèi)常規(guī)水電站機電設(shè)備安裝工程中，機電設(shè)備安裝施工方案早已具有比較成熟的施工流程。其中機組底環(huán)安裝必須在機組座環(huán)機加工合格后才能吊入機坑安裝，但在浙江仙居抽水蓄能電站施工過程中，機坑里襯分為上、中、下三段現(xiàn)場組拼安裝，機坑里襯上管口設(shè)計尺寸比機組底環(huán)外徑設(shè)計尺寸小，待機組座環(huán)機加工合格(工期約30 d)后，再將機組底環(huán)吊入機坑安裝，如此實施將直接影響機坑里襯上段的水機管路預(yù)埋件安裝及土建混凝土澆筑施工，從而導(dǎo)致工程整體施工工期出現(xiàn)滯后及施工成本增加。

本課題研究的方向是在已安裝合格的機坑里襯中段設(shè)計一個底環(huán)臨時支撐平臺，調(diào)整底環(huán)吊裝、座環(huán)機加工、機坑里襯漸變段之間的安裝技術(shù)，其難點主要體現(xiàn)在機組底環(huán)臨時支撐的設(shè)計及受力分析以及如何安裝底環(huán)臨時支撐平臺。臨時支撐平臺的設(shè)計、制作、安裝直接影響到112.85 m高程以上土建混凝土施工與機組座環(huán)機加工的并行作業(yè)。只有在施工過程中嚴(yán)格按照施工圖紙及作業(yè)指導(dǎo)書進行臨時支撐平臺的制造及安裝，方能確保后續(xù)各項施工工序安全順利地進行，從而提高施工效率，節(jié)省人力物力，節(jié)約施工成本。

3 支撐平臺的設(shè)計

3.1 設(shè)計方面

根據(jù)地下廠房機組底環(huán)及機坑里襯的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點并結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況，在機坑里襯圓周方向上設(shè)計了一個由8個單元斜支撐組成的底環(huán)臨時支撐平臺，并最終選擇I25b和I16b工字鋼作為臨時支撐平臺的制作材料；同時對斜支撐進行了詳細的受力分析并編制了相應(yīng)的設(shè)計方案及安裝方案。

3.2 臨時支撐平臺受力分析

3.2.1 底環(huán)支撐平臺受力分析

(1)底環(huán)自重總荷載：80 t(800 kN)；

(2)施工人員荷載：5人，5×75 kg×10=

3.75(kN)；

(3)施工設(shè)備荷載：3 kN；

(4)動荷載：2 kN；

(5)其它荷載：1 kN。

荷載組合：

自重：G1=800 kN，包括(1)項；

施工荷載：G2包括(2)、(3)、(4)、(5)項?？紤]到不均勻系數(shù)取1.3，動力荷載系數(shù)取2，因此，G2=(3.75+3+2+1)×1.3×2=25.35(kN)。

因此，底環(huán)工字鋼支撐平臺總受力G=800+25.35=825.35(kN)。

3.2.2 底環(huán)臨時支撐平臺穩(wěn)定性分析

根據(jù)對底環(huán)支撐平臺受力進行分析得知：底環(huán)工字鋼支撐平臺總受力為825.35 kN，均分至8根I25b工字鋼(熱軋普通工字鋼)上，即：q均=103.17 kN；同時，為了提高臨時支撐平臺的安全系數(shù)，采用I16b工字鋼(熱軋普通工字鋼)作為平臺底部的斜支撐以增加其穩(wěn)定性，受力情況見圖1。

圖1 底環(huán)支撐平臺局部示意圖

對一個單元的I25b工字鋼進行受力分析與計算。工字鋼材質(zhì)為Q235，單個支撐單元承受的荷載為 103.17 kN/m； 考慮自重，將自重放大系數(shù)定為 1.2，對1個支撐單元進行受力分析計算的過程如下：

I25b工字鋼外懸挑長度按1 m(此長度可調(diào)整)計算，工字鋼特性值如下：

慣性矩Ix=5.28×107(mm4);

抵抗矩Wx=422 400 mm3;

面積矩Sx=244 499 mm3;

腹板厚度Tw=10 mm;

塑性發(fā)展系數(shù)γx=1.05;

整體穩(wěn)定系數(shù)φb=0.6。

由最大壁厚13 mm得：

①截面抗拉抗壓抗彎強度設(shè)計值f=215 MPa；

②截面抗剪強度設(shè)計值fv=125 MPa;

③剪力值Vmax=qL=103.17×1=103.17 kN;

④變矩值Mx=(q/2)×L2=103.17/2×1=51.585 kN·m；

⑤最大撓度為1.191 46 mm(撓跨比為1/839)。

按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003第4.1.1、4.1.2和4.2.2節(jié)驗算得：

最大剪應(yīng)力=(Vmax×Sx)/(Ix×Tw)=(103.17×0.244 499)/(0.052 8×10)=47.774 5 MPa

抗彎強度應(yīng)力=Mx/(γx×Wx)=51.585/(1.05×0.422 4)=116.308 MPa

穩(wěn)定應(yīng)力=Mx/(φb×Wx)=51.585/(0.6×0.422 4)=203.539 MPa

根據(jù)上述計算結(jié)果可以看出：僅采用I25b工字鋼制作機組底環(huán)臨時支撐平臺即可滿足穩(wěn)定性要求。但是，考慮到施工空間的局限性及施工的安全性，增加了臨時支撐平臺的安全系數(shù)，即每個支撐單元均采用2根I25b工字鋼和2根I16b工字鋼制作成箱型梁支撐平臺，將其安全系數(shù)提高數(shù)倍，以確保安全順利地施工。

4 底環(huán)臨時支撐平臺的安裝

4.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→現(xiàn)場制作及安裝臨時支撐平臺→機組底環(huán)吊入機坑懸置固定→機組座環(huán)機加工、水機預(yù)埋件施工及土建混凝土澆筑。

4.2 安裝實施步驟

(1)測量人員測放出機組X、Y基準(zhǔn)軸線，測放出機組機坑里襯中心點坐標(biāo)，根據(jù)中心點坐標(biāo)測放出圖紙設(shè)計安裝在機坑里襯圓周方向上的8個單元支撐平臺位置尺寸；

(2)根據(jù)測量尺寸，在機坑里襯下端管壁圓周方向開8個孔，并在現(xiàn)場進行工字鋼型材下料，I25b工字鋼下料長度為2.85 m(此長度可根據(jù)機組底環(huán)尺寸進行適當(dāng)調(diào)整)，共計16根；I16b工字鋼下料長度為1.6 m，共計16根；

(3) 將2根I25b工字鋼并成箱型梁結(jié)構(gòu)，并將其安裝至機坑里襯上已開孔位置，內(nèi)壁預(yù)留長度為0.85 m(此預(yù)留長度可根據(jù)機組底環(huán)尺寸進行適當(dāng)調(diào)整)，同時，在內(nèi)壁預(yù)留工字鋼懸挑梁底部安裝焊接I16b工字鋼箱型梁斜角支撐，以提高內(nèi)部懸臂梁的安全系數(shù)。在安裝過程中，利用全站儀測量8個方位單元支撐平臺的水平度，將圓周上臨時支撐平臺的工作面水平度控制在±1 mm范圍內(nèi)；

(4) 在安裝過程中，機坑里襯外部預(yù)留部分的箱型梁工字鋼需澆筑到混凝土中。為了增加臨時支撐平臺的安全穩(wěn)定性，在機坑里襯外部混凝土澆筑前，需在箱型梁工字鋼上面鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，以提高機組底環(huán)支撐平臺的整體受力強度；

(5) 待機組底環(huán)支撐平臺現(xiàn)場制作完成后，測量人員需再次測量、檢查支撐平臺的整體水平度；

(6)機組底環(huán)臨時支撐平臺制作安裝驗收合格后，即可開始施工倉位的混凝土澆筑施工，待混凝土等強合格后，將機組底環(huán)吊至機坑里襯懸置固定；

(7)待機組座環(huán)打磨合格后，即可進行機組底環(huán)的正式安裝，同時割除機坑里襯內(nèi)壁的支撐平臺。

圖2 機組底環(huán)臨時支撐平臺安裝效果圖

5 結(jié) 語

根據(jù)機組底環(huán)臨時支撐平臺的設(shè)計圖紙，成功制作安裝并將此關(guān)鍵施工技術(shù)工藝投入到實際應(yīng)用中。浙江仙居抽水蓄能電站通過采用機組底環(huán)臨時支撐平臺調(diào)整底環(huán)吊裝、座環(huán)機加工、機坑里襯漸變段安裝技術(shù)工藝，將該關(guān)鍵技術(shù)工藝實際應(yīng)用于1#～4#機組底環(huán)設(shè)備安裝施工中成功地解決了機組底環(huán)提前吊入機坑懸置固定的難題，實現(xiàn)了112.85 m以上高程土建混凝土澆筑及水機預(yù)埋件安裝施工與機組座環(huán)機加工同步施工，提高了機組設(shè)備安裝施工的效率，節(jié)省了人力物力，提升了施工質(zhì)量，經(jīng)濟效益顯著。

針對該關(guān)鍵技術(shù)工藝研究，中國水電五局浙江仙居抽水蓄能電站機電安裝工程項目部組織技術(shù)人員編制了《機組底環(huán)臨時支撐平臺設(shè)計安裝方案》及《機組埋入部件安裝作業(yè)指導(dǎo)書》等技術(shù)文件，總結(jié)出一套完整的機組底環(huán)臨時支撐平臺設(shè)計、制造、應(yīng)用的理論和實踐安裝經(jīng)驗，可為同類型電站機組設(shè)備安裝施工提供參考。

[1] GB/T8564-2003，水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] GB50661-2011，鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S].

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-04-23

TV7;TV52；TV743；TV547

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1001-2184(2017)03-0048-03

姜如洋(1985-)，男，江蘇東海人，助理工程師，從事機電設(shè)備安裝技術(shù)與管理工作.