异轨双行车并车吊装法在海外某核电站的应用

吴留恩

(中国能源建设集团江苏省电力建设第三工程有限公司，江苏 镇江 212003)

0 引言

在核电站工程中，500 t级发电机定子有多种吊装方法。本文基于某海外核电站工程，详细介绍了如何选择利用厂房既有起重设备，开发并首次成功应用异轨双行车并车吊装法的全过程。

1 工程概况

海外某核电站采用我国研发设计的具有完全自主知识产权的“华龙一号”三代核电技术。项目常规岛主厂房纵向共设11条轴线，全长107 m，最大宽度83.5 m，汽机房、除氧间和辅助跨横向布置。汽机房跨度47 m，共设3层，即底层、中间层和运转层，相对标高分别为-8.5 m、±0.0 m和9 m。汽机房安装400 t和160 t桥式起重机(简称“行车”)各1台，轨顶标高分别为28.5 m和22.1 m。汽轮发电机采用弹簧隔振基础，汽轮发电机纵向中心线与厂房3/A轴线一致，距A排23 m，汽轮发电机动转层基座长57.7 m，宽22.5 m，顶部标高9 m，发电机横向中心线距厂房8轴5.334 m。

发电机定子筒体直径4.7 m，外形尺寸为：长12.9 m，宽5.46 m，高4.91 m。发电机定子净重510.2 t，重心偏向汽机端，距发电机中心线370 mm。定子吊耳纵向间距5 080 mm，横向间距5 180 mm。发电机定子采用平板车，从汽机房11轴端、靠近B排侧的大门运进厂房，停靠在±0.0 m层检修平台上，进行开箱检查和吊装前准备。该工程现场备有1台3 000 t履带式起重机(简称“履带吊”)，主要用于核岛大件吊装。

2 吊装方案选择

500 t级发电机定子吊装方法有3类：大型起重机械吊装方案、液压提升装置吊装方案和利用厂房既有行车吊装方案。通过分析这3类吊装方案的特点，选择适合海外某核电站的吊装方法。

2.1 大型起重机械吊装方案

在汽机房屋顶封闭前，采用3 000 t履带吊，站位于汽机房A排外侧，起吊半径60 m可满足定子吊装就位。该方案主要存在3个问题：1)履带吊的使用时间与核岛施工组织存在冲突，难以协调；2)履带吊站位区域的地基处理费用较大，履带吊进退场或行走道路加宽升级的费用较大；3)定子从屋顶吊入厂房要求较早就位，定子供货存在困难，且就位后维护时间较长。该方案虽然可行，但存在不确定性，而且在国内外同类工程中未见有应用实例。

2.2 液压提升装置吊装方案

在汽机房11轴外侧安装一组专用的钢构提升架、钢索式液压提升装置和行走架，在汽机房运转层，铺设一对轨道，一端连接钢构提升架，另一端延伸至发电机基础的汽机侧。利用钢索式液压提升装置将定子提升至高于汽机房运转层，启动卷扬机牵引行走架及定子，沿轨道平稳移至发电机基础实现就位。该方案成熟、安全、可靠，有越南海阳核电站成功应用经验，但整套装置重达280 t，尤其是海外项目进出口及运输费用较高，而且涉及运转层平台和汽机房11轴外的场地占用等问题。

2.3 利用厂房既有行车吊装方案

发电机定子净重510.2 t，汽机房既有400 t和160 t行车各1台，两行车的轨顶高差6.4 m。经过分析，拟定了2个方案：方案一为400 t单行车双小车抬吊法，方案二为异轨双行车并车吊装法。其中，方案一只用400 t行车吊装，安全性、同步性较好，有田湾核电站3号、4号机组等工程成功经验，但行车轮压大、超载多，不仅需加固行车轨道梁，而且对厂房结构有一定影响，另有1台小车需临时拆装；方案二直接利用既有400 t和160 t行车，总额定吊装能力560 t，大于526 t载荷，只需2台行车并车运行，吊装简便快捷，不存在加固、改装和施工场地占用等问题，但该方案需解决并车技术难题，尚无工程经验可供借鉴。

2.4 吊装方案比较和选择

3 异轨双行车并车吊装系统组成

异轨双行车并车吊装系统主要由行车及并车电控系统、负荷分配扁担梁和钢丝绳等组成。

从上述3类方案比较情况可知，利用厂房既有行车吊装最经济可控，其中的方案二：异轨双行车并车吊装法，需要额外投入的装备最少，综合施工成本最低，且经设计单位、制造厂家和施工单位共同复核，不存在结构加固、设备临时改装和施工场地占用等问题。经反复研究，在行车制造厂家技术人员的协助下，采用虚拟并车技术，克服了异轨行车并车的技术难题，并且把异轨双行车并车吊装法作为行车设计、制造的1个工况加以落实，最终确定采用异轨双行车并车吊装法。

3.1 行车及并车电控系统

行车即桥式起重机，2台行车规格分别为：1)主 钩400 t、副 钩60 t、跨 距45 m的行 车；2)主 钩160 t、副 钩30 t、跨 距43.8 m的行车。2台行车按高低轨布置。400 t行车的轨顶标高为28.5 m，最大轮压720 kN；当负荷＞160 t时，主钩提升速度0.14～1.4 m/min，提升极限标高27.7 m，小车运行速度1.5～15 m/min，大 车 运 行 速 度3.0～30 m/min。160 t行车的轨顶标高为22.1 m，最大轮压600 kN；当负荷＞60 t时，主钩提升速度0.14～1.4 m/min，提升极限标高21.9 m，小车运行速度1.5～15 m/min，大车运行速度3.0～30 m/min。2台行车的桥架、大小车及轨道应分别通过1.25倍静载试验和1.1倍动载试验。

根据发电机定子吊装需要，每台行车在设计、制造阶段，分别配置网络通讯模块、建立行车之间的数据交换渠道，在联动台上设计3位转换开关，分别标示为主车、本车及从车。

当现场不需要并车时，选择开关置于本车状态，此时行车处于单车模式，可以单独实现除并车功能以外的所有功能。

当现场需要并车时，在任意一台行车(如160 t行车)上，将选择开关置于主车状态，在另一台行车上，将选择开关置于从车状态，建立并车模式。此时，主车可以同时操作、控制2台行车(包括主车和从车)的相应机构同步运行，实现一体化的起重作业功能。2台行车大钩升降和小车移动的行程同步相对偏差不大于8 mm/m。

3.2 负荷分配扁担梁

负荷分配扁担梁的功能：一是负责2台行车之间的负荷大小分配，二是满足行车吊钩与重物吊耳之间钢丝绳或吊带的连接要求。

根据海外某核电站的实际情况，设计制造1根负荷分配扁担梁。该负荷分配扁担梁由规格为HA900×450×40×20双拼组成，两翼缘板中心距为1.1 m，梁净长为8.21 m，所用钢材为Q345，重约15 t。

负荷分配扁担梁设2只上吊耳和2对下吊耳，其中：上吊耳通过圆柱销与行车主钩直接连接，下吊耳通过圆柱销与吊装钢丝绳连接。所有圆柱插销与梁纵轴线平行，均通过手轮旋转驱动。负荷分配扁担梁中部设置竖向指示针及刻度，用于监测显示梁的水平度。

2对下吊耳的间距分别为5 080 mm和3 000 mm，要求与发电机定子和模拟试验负荷框架的吊耳纵向间距相匹配。2只上吊耳的相对位置，主要由行车运行时主钩的安全距离决定；每对下吊耳与上吊耳及定子重心的相对位置，应使2台行车的负荷率基本一致。

3.3 钢丝绳

定子吊装用2副钢丝绳，由发电机制造厂提供。钢丝绳公称直径为135 mm，长度26 m，整圈供货。每股钢丝绳设计受力为70 t，破断力大于560 t，安全系数大于8[1]。

4 吊装工艺流程

发电机定子吊装移动包括提升、横移、纵移和下降共4个环节，整个吊装过程需经历准备、吊运、就位和恢复共4个阶段。其中，发电机定子吊装的移动路径为：定子运至汽机房检修平台指定位置→起吊提升通过吊物孔→沿厂房横向平移→沿厂房纵向平移→到达基础上方后落钩下降。

4.1 提升高度校核

从下到上的基本参数：定子纵横平移下方的平台标高为9.0 m；为保证定子能够顺利越过平台上的所有障碍物，定子底部最低点应高出平台的距离为1.0 m；定子吊攀中心至定子底部最低点高度为2.5 m；定子吊攀中心与扁担梁下吊耳中心连接钢丝绳高度为7.3 m。

2台行车提升高度分别校核如下：

1)160 t行车提升高度校核。主吊钩极限标高为21.9 m，扁担梁上下吊耳中心净高为1.58 m。可提升的高度为21.9 m，需占用的净高度为21.38 m；可提升净高度与需占用净高度的差值大于0，满足安全要求；

2)400 t行车提升高度校核。主吊钩极限标高为28.5 m，扁担梁上下吊耳中心净高为1.74 m。可提升的高度为28.5 m，需占用的净高度为21.54 m；可提升净高度与需占用净高度的差值大于0，满足安全要求。

4.2 工艺流程

发电机定子吊装工艺流程为：并车条件准备及检查→并车挂扁担梁联调试验→负载模拟试验→定子运抵现场指定位置→挂设起重钢丝绳→定子起吊→定子沿厂房横向平移→定子沿厂房纵向平移→行车落钩定子下降→定子调平调正→定子落座就位→行车恢复。

5 操作要点

发电机定子吊装包括技术准备、定子吊运和定子就位共3个主要阶段。各阶段操作要点分述如下。

5.1 技术准备

5.1.1 行车虚拟并车

并车主要是指1台以上行车通过某种方式联成一体，实现协同功能。为区别于传统型钢连接的有形刚性并车，该工程将柔性隐形的电控并车，称为虚拟并车。并车前，2台行车尽量靠近，2台行车中心距约为6.978 m，将并车网线两头分别插入2台行车的可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)、中央处理器(central processing unit，CPU)模块网口，连接并车通讯电缆。

将160 t行车功能开关转到“主车”位置，400 t行车开关转到“从车”位置。此时，两车联动台上“并车正常”指示灯自动点亮，表示并车通讯已建立。

分别操作160 t行车联动台上的主钩、小车、大车的操作手柄，400 t行车和160 t行车的相应机构应能同步动作。分别操作400 t行车联动台上的主钩、小车、大车的操作手柄，两行车应无任何动作反应，表明并车功能正常。

5.1.2 行车主钩挂装扁担梁

扁担梁运至汽机房0 m层检修平台或9 m运转层平台，搁置在支架上，梁体顺厂房纵向摆放，梁顶保持水平，上吊耳朝上；行车主吊钩缓慢下降，伸入扁担梁上吊耳对应耳板，并与销眼对中，转动手轮，驱动圆柱销，使销轴两端与耳板锁紧，实现扁担梁与400 t行车、160 t行车主吊钩连接。

5.1.3 联合调试

联合调试的目的在于熟练掌握行车在并车状态下的操作步骤和注意事项，操作、调整和验证双行车并车起重系统的各项性能。

联合调试主要包括以下4个方面：1)行车在并车、单车、并车反复切换，验证各操作性能的稳定性和可靠性；2)在并车模式下，反复测试2台大车的行程同步差。若大车行程同步差＞1.0 mm/m，则需会同行车制造厂家技术人员进行调整，直到反复测试、稳定，行程同步差≤1.0 mm/m为止；3)在并车模式下，反复测试2台小车的行程同步差。若小车行程同步差＞8.0 mm/m，则需会同行车制造厂家技术人员进行调整，直到反复测试、稳定，行程同步差≤8.0 mm/m为止；4)在并车模式下，反复测试2只主钩的行程同步差。若主钩行程同步差＞8.0 mm/m，则需会同行车制造厂家技术人员进行调整，直到反复测试、稳定，行程同步差≤8.0 mm/m为止。

5.1.4 并车空载模拟试验

空载模拟试验要点主要包括：

1)在并车模式下，将行车开到定子起吊位置，将扁担梁降落至1.8 m梁顶标高，测量、调整扁担梁的水平度；在扁担梁上吊线锤，对准在0 m层放出的定位线，确认扁担梁能够到达预定的平面位置；行车前后左右开行200 mm，验证起吊点是否有允许调整的空间；在扁担梁上悬挂钢卷尺，将扁担梁顶标高调升至11.8 m，测量扁担梁两端高差；

2)挂低档启动升主钩，提升扁担梁200 mm，暂停，用低档切换启动降主钩，扁担梁下降200 mm，暂停，反复3次；

3)切换中档启动升主钩，提升扁担梁至梁顶标高20.9 m，悬停。当扁担梁通过运转层平台吊物孔时，用钢卷尺实测验证定子最大尺寸与吊物孔四周的安全距离；

4)切换低档启动小车向A轴前行，扁担梁沿厂房横向平移，至扁担梁纵向中心线与运转层平台上放出的3/A轴线重合时，悬停；

5)切换低档启动大车向1轴线方向开行，扁担梁沿厂房纵向平移，至扁担梁横向标记线与基础上放出的定子横向中心线重合时，悬停。在汽机房入口与发电机定子就位位置之间往返数次，检查是否有异常啃轨现象；

6)切换低档启动降主钩，扁担梁同步下降，至梁顶标高19.9 m，悬停，测量梁端高差；

7)解除并车模式，在单车模式下，用主钩微降或微升，调平扁担梁；用小车微进或微退，调正扁担梁轴线与厂房纵轴线平行；

8)行车切换到并车模式，启动落钩低档同步下降200 mm，悬停；启动落钩低档同步下降150 mm，至此一轮模拟试验操作结束，重复数次。

在模拟试验过程中应测量、记录各阶段的行程同步差，与调试结果比较，分析行程同步差的差异。根据模拟试验结果，修正、完善和固化吊装工艺过程和操作步骤。

5.2 定子吊运

5.2.1 发电机定子试吊

试吊是保证吊装安全的重要环节，发电机定子试吊需完成以下操作[2]：

1)启动行车大钩提升动作，定子吊离车板50 mm左右，停止提升；检查2台行车受力情况，检查力矩显示器读数与施工方案中预定的荷载是否一致；在安全距离外，观察扁担梁销轴、钢丝绳是否有异常。若发现异常，定子应立即落回车板，查明原因，妥善处理；若无异常，则静悬10 min。分别测量2台行车主梁跨中挠度[3]应≤跨度/1 000；

2)启动行车落钩动作，定子下降50 mm，平稳落回车板。观察行车、扁担梁、销轴、吊攀、钢丝绳等是否有变形或异常；分别再次测量2台行车主梁跨中挠度；比较垂直度、挠度是否能够恢复原位；

3)汇总各方面信息，确认一切正常后，启动行车大钩提升动作，定子吊离车板500 mm，停止提升；在车板上垒3垛道木，将定子垫牢(作为保险)，对定子台板底面进行清理、检查。

5.2.2 发电机定子提升

发电机定子提升步骤如下：1)总启动行车大钩提升动作，定子以0.14 m/min速度上升。大件运输平板车开离汽机厂房；2)持续5min左右，观察到定子无明显晃动，换档加大定子提升速度；3)当定子底部上升到高于运转层平台时，换档降低定子提升速度；4)当定子底部上升到高于运转层平台1.0 m时，停止提升，提升总高度约10 m。

5.2.3 水平度修正

检查扁担梁水平度，若倾斜角度超过1°，则需调整，即解除并车模式。在单车(本车)模式下，用主钩微降或微升，调平扁担梁。恢复并车模式。

5.2.4 定子沿厂房横向平移

待扁担梁调平，定子无明显晃动后，用低档启动小车，定子向厂房横向水平移动，到达3/A轴线时停止移动。

5.2.5 定子沿厂房纵向平移

待定子停稳、无明显晃动后，用低档启动大车，定子沿厂房纵轴向基础方向水平移动，到达定子就位中心时停止移动。

待定子停稳、无明显晃动后，启动低档降主钩，直到定子台板距基础台板约500 mm时悬停。

5.3 定子就位

定子调平调正的主要步骤包括：1)解除并车模式，在单车和本车模式下，用主钩微降或微升，调平定子台板底面至水平；2)反复用小车微进或微退，调正定子纵向中心线两端与基础上的发电机中心线对齐；3)行车切换到并车模式，反复用大车微进或微退，调正定子横向中心线两侧与基础上的发电机横向中心线对齐。

定子落座。先用低档，启动降主钩，下降约300 mm，接近地脚螺栓顶，悬停。安装人员全面检查地脚螺栓与定子台板螺栓孔眼的对正情况。定子台板螺栓孔眼与地脚螺栓全部对正无误后，用低档启动大钩微降，定子落座就位。

解除起重钢丝绳与定子连接，卸下钢丝绳，将扁担梁落到支架上，解除行车主钩与扁担梁的销接，行车恢复到单车模式，发电机定子吊装结束。

6 结语

异轨双行车并车吊装法采用虚拟并车技术，克服了并车难题。在海外某核电站工程中顺利完成了2台发电机定子吊装，打破了异轨双行车不能并车的传统认识，取得了满意的效果。