用于钢结构间冷塔加强环提升的液压爬升系统

严李荣，李兴奎，吕振刚，郭世滔，马 勇，周大海，梁 涛

（柳州欧维姆机械股份有限公司，广西 柳州545006）

0 引言

间接空冷是近年来兴起的火力发电厂节水型冷却设备，主要用于汽轮机乏汽的冷却。传统的间接空冷塔均采用钢筋混凝土，造价高、工期长，且抗严寒性、抗震性差。目前全钢结构间接空冷塔已经在国内开始推广，其具有总体质量较轻，抗震性好，成本低等优势，而混凝土塔很重，抗震性能差，特别是在北方的冬季施工，混凝土容易冻住，施工工期很难保证[1]。

全钢结构间接空冷塔在欧洲应用很广泛，建设的周期相对混凝土结构至少短一半时间（混凝土塔的建设周期要一年多），因为钢塔可以在工厂预制好构件，在工地用焊接或者螺栓的方式连接，安装时间可大幅缩短，则可更早发电。此外，还拥有钢材资源可回收利用的优势，电厂寿命周期结束后，钢塔所用钢材拆除后可再利用，节约资源和减少污染排放。

目前钢结构间接空冷塔在安装过程中采用履带吊和高空拼装的方式进行，在对于大型间接空冷塔来说效率低，施工不方便。本文介绍一种钢塔内加强环整体吊装的安装方式，配合履带吊可以大大的缩短工期，提高施工效率。

1 工程介绍

新疆奇台电厂2×660 MW发电机组间冷塔采用钢结构塔体，如图1所示，钢塔高174.99 m，下部锥体底部直径为151.11 m，锥体高度55 m，上部圆柱塔体直径为101.8 m，圆柱塔体高度119.99 m。间冷塔由三角形网格、加强环、展宽及外围护铝板组装而成，塔体均为钢结构，单台塔身钢结构重约5 704 t。锥体部分为5层三角形网格组成（单件三角形最大质量7 t左右），上部圆柱塔体分13层三角形网格组成（单件三角形最大质量5 t左右），采用履带吊的形式安装。塔体上部圆柱塔体内有5层加强环，5圈加强环（包括操作平台）合计重量约1 684 t，采用地面焊接，整体吊装的形式安装。0～55 m提升重量最大，提升重量在每层加强环就位后逐层递减。加强环标高分别为55 m、82.69 m、110.38 m、138.07 m、165.76 m。

图1 电机组间冷塔钢结构示意图

2 加强环的安装方案

（1）加强环可采用大型吊装高空拼装，高空现拼，高空作业量大，效率低，焊接质量相对难度大，长期占用大型履带吊成本高；（2）可地面整体焊接，可保证焊接质量，但其整体重量重，达1 684 t，虽可采用钢绞线式的液压同步提升方式，但由于为多层加强筋，施工周期长，长时间采用钢绞线悬吊和焊接作业，其安全性让人担忧。为此开发了一种新的安全可靠，既可提升超大、超重加强圈，也长时间停留在某一位置，还可作为工作平台的液压爬升系统来辅助安装钢塔。

五层加强环在地面焊装组装好，在第五层加强环下设置爬升机。利用液压爬升系统把五层加强环同时提起来，当第一层加强环提升到位置时，将放置在最低层的第一层加强环解脱固定在圆柱塔体上。然后继续提升，逐步把第二、三、四、五层加强环固定在圆柱塔体上。整个提升过程中高度越高，重量越轻。

3 液压爬升系统

新疆信友奇台2×660 MW发电机组工程间接空冷系统钢结构塔加强环整体液压爬升系统设备配置如下：爬升控制系统1套，爬升机32台，液压泵站7台，提升杆组件32套，插板32块。

如图5在第五层加强环下设置32个支座，呈圆周布置，每个支座下安装一台爬升机，液压泵站安装在第五层加强环上，负责控制附近的4~5台爬升机。控制主站放置在地面上，远程控制爬升机的动作。在钢塔体对应每个支座的位置上方安装上吊点，提升杆穿过上吊点和爬升机，用插板固定在上吊点。

图2 爬升设备安装布置图

3.1 爬升机

爬升机是液压爬升设备的执行机构，爬升机由两台千斤顶、上夹持器、下夹持器、导向装置组成，见图3。千斤顶的作用是顶升重物和更换上、下棘爪的位置。上夹持器为过渡支承，每次下夹持器工作完成后，就通过它来做临时固定。下夹持器为工作主要部分，顶升时负责提供支承点，顶升到位后移动棘爪到下一个位置，准备进行下一次的顶升。爬升机安装在最第五层加强环下面，提升杆下端穿过爬升机，上端用插板固定在上吊点，见图3。

图3 爬升机及安装示意图

爬升机是采用棘轮和棘爪的工作原理，结合液压提升技术，使爬升机通过在提升杆上爬升，把爬升机上的重物提升到一定高度。爬升工作时，下夹持器棘爪卡在提升杆的卡槽上作为支点承力，泵站供油，千斤顶活塞向下同时伸出，通过上夹持器推动重物向上移动。当上夹持器的棘爪移动到上一个卡槽位后，泵站换向供油，爬升机活塞同时回缩，把载荷转换到上夹持器棘爪位置。当上棘爪完全承力后，以此为支点，下夹持器棘爪向上移动一个卡槽位置，直到当下夹持器棘爪移动到卡槽位后，泵站再次换向供油，千斤顶活塞同时向下伸出，推动上支承座、上棘爪和重物向上移动。如此反复，把重物顶升到一定高度。

3.2 液压泵站

液压泵站是液压爬升设备中的液压动力装置。泵站上的控制阀组配置有液控单向阀、平衡阀、安全阀。控制阀组的作用是控制一台爬升机的动作，实现爬升机带动重物的爬升或下降，见图4。

图4 液压原理图

当电磁换向阀处于中位（即不带电）时，系统压力卸荷。液控单向阀用以切断伸缸（爬升）油路内的压力油，保证在停机或不送油、油泵空运转的情况下，伸缸油路的长时间持荷。平衡阀用于保证带载下降时，爬升机油缸动作平稳。安全阀用来限制系统的最高压力，当压力超过设定值时，该阀泄荷，保证系统安全。压力传感器用来实时检测爬升机的油压，并将油压以信号形式传递到控制系统，以实现压力的显示或控制[2]。

3.3 爬升控制系统

爬升控制系统由控制主站、现场控制箱、泵站启动箱以及压力传感器、位移传感器组成。

每台现场控制箱对应1台油泵和最多5台爬升机，可通过操作盒或接收控制主站的指令来控制油泵电磁阀间接控制爬升机动作，同时采集爬升机上的传感器数据。

控制主站通过工业控制器网络与控制子站通信，整体监视所有爬升机负载和动作，以及控制所有爬升机动作，见图5。

图5 控制原理图

控制系统配置有压力传感器、位移传感器，采用位移和压力双控制的方法，根据传感器的反馈数据来实现对32台爬升机的同步调节[2]。

爬升控制系统具备下面的功能：

（1）操作功能

控制系统具有三种操作模式：①自动模式，②手动模式，③调整模式。

（2）同步调节功能

系统默认开启此项功能（可手动关闭），在自动模式或手动模式下，爬升机单行程内伸缸或缩缸位移差超过同步设定值，系统自动控制爬升机等齐后再继续动作。

（3）报警提示及安全保护

系统具备超压、位移超差、自动或手动状态下传感器断线等报警提示功能。报警触发时，主控台闪光蜂鸣器发出声光警告提示，触屏同时显示文字提示，同时系统内部自动触发一次急停功能，使系统在报警出现时自动停止任何动作。

3.4 提升杆

提升杆右工作部分上开有卡槽，用于爬升机顶升时承载用。提升杆左边开有方形孔，配合插板可以固定在上吊点处，示意图如图6所示。

图6 提升杆和插板示意图

4 基于液压爬升系统的施工方法

4.1 设备安装

将爬升机和液压泵站安装到加强环的指定位置，摆放好主控台，连接油管和传感器。

4.2 安装提升杆

把提升杆下端穿过爬升机，上吊点处用插板固定好提升杆。

4.3 预提升

采用逐级加载的方式慢慢加载至90%，每加载一级，停10 min，观察爬升设备和钢结构的情况。逐级加载至90%后，进行手动同步提升，将加强环整体提离地面一个卡槽的高度，观察一天。

4.4 试提升

启动泵站，设置好参数，自动提升两节，观察钢结构、爬升设备是否正常，以及程序和设定参数是否合理。

4.5 正式提升

启动泵站，设置好参数，采用自动提升方式提升加强环到指定位置。

4.6 负载转换

先利用千斤顶把提升杆的重量转移到转换索上。打开爬升机棘爪，将每根提升杆提起到指定高度位置，用插板固定好。利用千斤顶把转换索的重量转移到提升杆上。

4.7 再次提升

启动泵站，设置好参数，采用自动提升方式提升加强环到指定位置。

按步骤4.5~5.7反复进行，五层加强环提升到第一层加强环的位置时，第一层加强环通过焊接固定在钢结构塔体上后才解除，然后剩下的四层加强环继续提升，直到将每个加强环提升到位固定好。

5 结论

基于以上方法完成了新疆信友奇台2×660 MW发电机组工程间接空冷系统钢结构塔加强环整体提升。设备在运行期间工作正常，加强环提升平稳。通过对该工程的研究，采用提升杆的卡槽和爬升机的棘爪这种结构形式进行大型钢构件的提升是安全可靠的。与其它的提升形式相比较，这种提升形式适用于一边提升一边安装的大型钢结构场合，提升的钢结构同时可以作为一个大型的工作平台，方便工人在高空作业。另外设备可重复使用，也可根据钢结构的重量来自行组合爬升设备的数量，大大的降低了施工的成本。见图7。

图7 新疆信友奇台电厂加强环提升现场