水电站水轮机尾水检修平台升级改造

王 新，姚文俊，冯 盾

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

水布垭电站位于恩施巴东县境内，是清江梯级开发的龙头工程。电站装有4台单机460 MW混流式水轮发电机组，额定水头183.5 m，设计流量278 m3/s，保证出力312 MW，水轮机型号为：HLS45-LJ-597，由上海福伊特西门子水电设备有限公司设计制造[1]。

1 现有检修平台情况介绍

在水布垭电站C级及以上检修中，都需要搭设尾水检修平台(如图1)，其流程为：搭设尾水检修下平台、搭设快速脚手架、移动快速脚手架、检查处理，作业期间需反复移动快速脚手架。现有的检修平台有以下弊端：

图1 原尾水检修平台图

1)尾水检修平台由下平台和移动脚手架组成，只能用于常规检修的转轮检查处理工作，其荷载和功能都无法满足扩修需求。

2)水布垭电厂尾水检修平台2009年投入使用，现已出现了主梁腐蚀、变形的情况，存在较大的安全隐患。

3)现有的可移动脚手架安全防护结构简单，在攀爬的过程中存在跌落的风险，且工作中需反复移动脚手架，可能发生侧翻事故，造成人员伤害。

2 尾水检修平台升级改造

2.1 材料

原有平台梁体材料使用的LY12硬铝，新平台采用6061-T6铝合金型材[2]，该型材力学性能低于LY12硬铝，但有更好的耐腐蚀性，长期在潮湿的环境下也不会产生锈蚀，比LY12要稳定的多。

6061-T6型材适用于要求有一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构，如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材等。因此在满足载荷强度及安全系数的前提条件下，6061-T6型材用作尾水管检修平台的梁体是更加合适的。

2.2 结构

原尾水检修平台由下平台和移动脚手架组成，在使用时通过移动脚手架完成转轮检查工作，只适用于常规检修的简单作业。新的检修平台包括下平台、上平台和移动小平台三个部分，下平台和上平台间通过梯子连接[3]。新平台搭建后能满足多人长期作业，更加适用于机组扩修等复杂的工作。

原尾水检修平台主副梁之间使用卡板式螺栓压紧连接，每组卡板共有8颗螺栓。卡板自身的刚度有限，当平台受力不均匀时容易发生变形，梁体单独集中受力，容易造成过载。新平台主副梁之间采用螺栓式连接，主副梁每个交集点共有4颗螺栓，安装时只需要拧紧4颗螺栓即可。这样形成的平台骨架是一个有足够强度的整体，受到不均匀的压力时能科学有效的分解，保证平台安全使用。

2.3 安全性和便利性

原尾水检修平台没有在人孔门下方预留翻盖，下至肘管处需要将平台踏板拆除，这样会给在平台上工作的人员留下安全隐患。新平台在人孔门下方设计有翻盖，可以按需打开或关闭，无安全隐患，方便检修。新平台还在踏板的下方加装有防跷卡板，配以U形卡销定位，使平台踏板不会跷起踩翻，提供足够的安全保障。

主副梁交集点螺栓由8颗减少到4颗，安装时间大大缩短。主副梁安装时配套定距卡尺，再加上制造时的精准工艺，保证主副梁在安装时每一颗螺栓都能精准对位，徒手便可拧到底，辅以扳手拧紧。这种连接方式能提高工作效率，减少作业人员在危险场所的暴露时间。

3 平台承载能力计算

3.1 设计指标

新平台梁体采用的6061-T6铝合金型材，其材料性能见表1。

表1 材料强度设计值表

3.2 载荷计算

根据《建筑结构荷载规范》[4]与检修现场载荷需求，本检修平台计算所用荷载如表2所示。

表2 检修平台计算荷载表

本计算采用的荷载组合为：

S=1.2SGK+1.4SQK

式中：SGK为检修平台自重；SQK为检修平台均布活载。

S=1.2SGK+1.4SQK=74 000 N

3.3 平台验算

新尾水检修平台由2根主梁与4根副梁承受总载。两根主梁(20号工字铝)材料性能略优于副梁(18号工字铝)，为便于计算，主副梁均按18号工字铝计算，主梁与副梁的梁体总长为30.8 m，则每米梁上承受荷载74 000 N/30.8 m=2 403 N/m。5.6 m为梁体承受载荷的最大距离，5.6 m梁承载2 403 N/m×5.6 m=13 457 N(均布)。

均布载荷：q=2 403 N/m=2.403 N/mm

3.3.1 弯曲正应力计算

弯曲正应力：

式中：Qw为稳定系数，取Qw=1；Wx为抗弯截面积；M为弯矩。

横梁受力情况可简化为图2，横梁截面尺寸见图3。

图2 梁简化受力图

图3 横梁截面图

主梁弯矩：

抗弯截面系数：

弯曲正应力：

3.3.2 剪应力计算

剪应力：

式中：Q=13 457 N(偏于安全的)；SZ为面积矩；I为惯性矩；δ为截面宽度。

面积矩：

惯性矩：

剪应力：

3.3.3 跨距压应力

跨距压应力：

式中：压力P=13 457 N；δ=9 mm；e为集中载荷作用长度，取100 mm；hy为横向作用点至腹板根部距离，取8 mm。

3.4 结 论

通过上述校核计算，当平台均布载荷4 000 kg时，作用于梁体的各项参数均在许用的安全参数范围内，故平台是安全可靠的，能满足实际使用需要。

4 平台搭建

搭建前，检查平台的零部件是否有腐蚀、氧化、变形等情况，包括主/副梁、踏板、连接板、紧固件等。安装人员必须熟悉图纸和安装程序，进入现场必须根据规定系好安全带和佩带安全帽。

依次安装主梁并将主梁靠外侧限位卡调整固定，在主梁上铺设预铺板方便人员行走，每两块预铺板之间搭建一根副梁，每两根副梁搭建完成后连接边梁，保证整个平台稳定牢固。再根据编号按顺序安装铝合金踏板[5]，踏板铺设完成后使用悬吊装置与副梁吊耳连接，减轻主梁承重。

整个下平台搭建完成后调整悬吊装置的松紧，确认牢固后安装上平台。将带有销孔的铝合金管依次安装在下平台副梁卡扣上，用来支撑上平台，再将上平台两根主梁与搭建好的铝合金管用销钉连接。根据上平台副梁编号，依次将副梁搭建在主梁之上，并按顺序铺设上平台铝合金踏板。

整个上平台搭建完成后，再用铝合金管与上平台支撑的铝合金管连接固定[6]，保证上平台的稳定性。打开上平台进出口盖板，并将提前准备好的扶梯固定，再在上平台搭建一个小平台。尾水检修平台搭建完成后如图4所示。

图4 新尾水检修平台图

5 现场效果验证

新的尾水检修平台，在水布垭3号机组扩修中进行了使用，从平台搭建到拆卸使用时间长达8个月之久，经历了转轮拆装、联轴螺栓拆装、下补气管拆装等多个项目的检验。事实证明，新平台搭建方便，稳定性和可靠性高，能满足扩修需求。平台拆卸后对主梁和副梁都做了检查，未发生明显变形，安全可靠性高。

6 结 语

水布垭电站因为扩修需要，对原有有尾水检修平台进行了升级改造。改造后的新平台搭建方便、材料抗腐蚀性能好、功能完善，能满足机组扩修需要。近年来越来越多的水电站开始进行扩修，该平台的升级改造可供水电站机组扩修尾水平台的设计和改建参考。