摘要：抽水蓄能电站水泵水轮机引水部件主要由球阀、座环、导水机构及蜗壳等组成，其中，座环主要是承受整个机组及其上部混凝土的重量以及水轮机的轴向水推力；蜗壳的作用是在水进入导水机构之前，形成一定的环量，以较小的水力损失把水流均匀的、对称的引入导水部件。本文主要以中东某抽水蓄能电站机组座环/蜗壳吊装为例，通过分析厂家提供组装后的吊装重心，如何通过计算来选择吊具的过程。
关键词： 座环/蜗壳；吊装；重心；计算
1 概述
中东某抽水蓄能电站位于中东某国境内、约旦河谷下游侧内，项目所处位置属于地中海式气候，夏季炎热干燥，冬季温和湿润，从4月到10月为干旱夏季，11月到次年3月为多雨冬季，年累计降雨量为920 mm，日最大降雨量95mm，月最大降雨量296mm。当地平均最高与最低气温分别为37.6℃（发生在8月份）和9.2℃（发生在2月份）。
该电站为日调节纯抽水蓄能电站，安装2台172MW混流可逆式水轮发电机组，总装机容量为344MW。电站建成后，在电网中承担调峰、填谷、调频、调相和事故备用等任务。
该电站座环/蜗壳由美国通用电气公司（GE）制造，座环/蜗壳由上环板、下环板、固定导叶及下法兰构成，分三部分运至工地进行组装，除蜗壳延伸段第1节外，其余部件均在地下厂房安装间组拼焊接成整体后，利用厂房300t桥机吊装到机坑基础环上就位。设备组装完成后总重量为220.2t。为了确保安全顺利的将设备吊至安装位置，对所选用的吊具需进行受力分析计算。
2 吊装索具的选取、确定
（1）设备吊点的选取
该抽水蓄能电站机组座环/蜗壳组装后，根据GE厂家初期提供的起吊中心及设备本体上自带吊耳的位置，在未挂装蜗壳进人门段时，拟采用4个吊点吊装（见图1），根据现场实际起吊高度，对4个吊点进行了核算，A、B点受力61.55t，C、D点受力58.21t，依据厂家设计对设备自带吊耳核算的数据，单个吊耳起吊重量为42t，详见图1，利用A、B、C、D处的 4个吊点不能满足现场起吊要求，因而厂家要求利用设备自带的6个吊耳进行吊装（见图1中A、B、C、D、E、F处）。经对6个吊点核算，A点受力为41t，已经接近吊耳起吊重量上限。
图 1 设备原有吊点布置图
为了保证座环/蜗壳安全起吊以及减少蜗壳在机坑内挂装焊接时间，现场决定在安装间继续挂装蜗壳进人门段，设备重量上有所增加。经过分析，在原6个吊点的基础上，拟在座环下围板G、H点处再增加两个与A、C点同规格吊耳，新增两个吊耳取自厂内预装座环蜗壳时遗留的吊耳，吊耳焊缝余高与座环吊装吊耳一致，且焊缝均通过MT检查。由于蜗壳进人门段挂装后吊点中心移动至（X=573，Y=－485），在原4点吊装（85t卸扣4个，钢丝绳L1=13m、2根，L2=12m 2根）基础上增加4个55t的卸扣（4个用于吊装，4个用于调整）钢丝绳长度变为A、G点1根13m，B、E点1根12.6m，D、F点1根12.2m，C、H点1根11.6m，吊点、吊具布置详见图2。
图 2 设备新增吊点布置图
（2）索具的选取
吊装过程选取设备上A、B、C、D、E、F、G、H处的吊耳作为吊点，过程拟采用花篮螺栓调整钢丝绳长度，用以调整座环蜗壳吊装时的水平度，在上述4根钢丝绳其中的3根上加装花篮螺栓，A、G吊点采用1根73-13m钢丝绳、1套花篮螺栓和2个85t卸扣，B、E吊点采用1根73-12.2m钢丝绳、1套花篮螺栓和2个55t卸扣和1个40t卸扣，D、F吊点采用1根73-12.2m钢丝绳和2个55t卸扣、1套花篮螺栓，C、H吊点采用1根73-13m钢丝绳和2个85t卸扣。
花篮螺栓长度为1.4m至1.8m，A、G吊点钢丝绳与垂直面的夹角为34°，B、E吊点钢丝绳与垂直面的夹角为31°，C、H吊点钢丝绳与垂直面的夹角为23°，D、F吊点钢丝绳与垂直面的夹角为27°。
（3）A、G吊点吊装钢丝绳校核
选用1根73，L=13m钢丝绳一弯两股使用，故单股钢丝绳承受荷载为：
Gp=[（W1+W2）/cos]/8
=[（220.2+1.04）/cos34°]/8
=33.358t
式中 Gp—单根钢丝绳承受荷载；
W1—设备重量；
W2—吊具重量（钢丝绳和卸扣总重约1.04t）；
—钢丝绳与垂直面夹角，计算得34°。
Ф73钢丝绳为6×61+1，抗拉强度为1770MPa系列钢丝绳。钢丝绳的破断拉力为2695KN，取安全系数为3。
单股钢丝绳许用拉应力[P]=2695KN/3=898.3KN
吊装荷载Gp=33.358t×9.8=326.908KN
起吊位置载荷为2Gp=2×326.908=653.816KN
2Gp<[P]，故选用6×61+1-Φ73钢丝绳作为A、G吊点的钢丝绳，能满足吊装要求。
（4）B、E吊点吊装钢丝绳校核
选用1根73，L=12.2m钢丝绳一弯两股使用，故单股钢丝绳承受荷载为：
Gp=[（W1+W2）/cos]/8
=[（220.2+1.04）/cos31°]/8
=32.263t
式中 Gp—单根钢丝绳承受荷载；
W1—设备重量；
W2—吊具重量（钢丝绳和卸扣总重约1.04t）；
—钢丝绳与垂直面夹角，计算得31°。
Ф73钢丝绳为6×61+1，抗拉强度为1770MPa系列钢丝绳。钢丝绳的破断拉力为2695KN，取安全系数为3。
单股钢丝绳许用拉应力[P]=2695KN/3=898.3KN
吊装荷载Gp=32.263×9.8=316.177KN
起吊位置载荷为2Gp=2×316.177=632.354KN
2Gp<[P]，故选用6×61+1-Φ73钢丝绳作为B、E吊点的钢丝绳，能满足吊装要求。
（5）C、H吊点吊装钢丝绳校核
选用1根73，L=12.2m钢丝绳一弯两股使用，故单股钢丝绳承受荷载为：
Gp=[（W1+W2）/cos]/8
=[（220.2+1.04）/cos23°]/8
=30.043t
式中 Gp—单根钢丝绳承受荷载；
W1—设备重量；
W2—吊具重量（钢丝绳和卸扣总重约1.04t）；
—钢丝绳与垂直面夹角，计算得23°。
Ф73钢丝绳为6×61+1，抗拉强度为1770MPa系列钢丝绳。钢丝绳的破断拉力为2695KN，取安全系数为3。
单股钢丝绳许用拉应力[P]=2695KN/3=898.3KN
吊装荷载Gp=30.043t×9.8=294.421KN
起吊位置载荷为2Gp=2×294.421=588.842KN
2Gp<[P]，故选用6×61+1-Φ73钢丝绳作为C、H吊点的钢丝绳，能满足吊装要求。
（6）D、F吊点吊装钢丝绳校核
选用1根73，L=13m钢丝绳一弯两股使用，故单股钢丝绳承受荷载为：
Gp=[（W1+W2）/cos]/8
=[（220.2+1.04）/cos27°]/8
=31.038t
式中 Gp—单根钢丝绳承受荷载；
W1—设备重量；
W2—吊具重量（钢丝绳和卸扣总重约1.04t）；
—钢丝绳与垂直面夹角，计算得27°。
Ф73钢丝绳为6×61+1，抗拉强度为1770MPa系列钢丝绳。钢丝绳的破断拉力为2695KN，取安全系数为3。
单股钢丝绳许用拉应力[P]=2695KN/3=898.3KN
吊装荷载Gp=31.038×9.8=304.172KN
起吊位置载荷为2Gp=2×304.172=608.344KN
2Gp<[P]，故选用6×61+1-Φ73钢丝绳作为D、F吊点的钢丝绳，能满足吊装要求。
（7）A、G吊点卸扣及座环自带吊耳校核
F=[（W1+W2）/cos]/8
=[（220.2+1.04）/cos34°]/8
=33.358t
式中 F—单个卸扣承受荷载；
W1—设备重量；
W2—吊具重量（钢丝绳和卸扣总重约1.04t）；
—卸扣与垂直面夹角，计算得34°。
A、G吊点选用的卸扣为额定载荷85t的弓形卸扣，设备自带单个吊耳起吊重量为42t，额定载荷大于实际承受载荷，满足吊装要求。
（8）B、E吊点卸扣及座环自带吊耳校核
F=[（W1+W2）/cos]/8
=[（220.2+1.04）/cos31°]/8 =32.263t
式中 F—单个卸扣承受荷载；
W1—设备重量；
W2—吊具重量（钢丝绳和卸扣总重约1.04t）；
—卸扣与垂直面夹角，计算得31°。
B、E吊点选用的卸扣为额定载荷85t的弓形卸扣，设备自带单个吊耳起吊重量为42t，额定载荷大于实际承受载荷，满足吊装要求。
（9）C、H吊点卸扣及座环自带吊耳校核
F=[（W1+W2）/cos]/8
=[（220.2+1.04）/cos23°]/8
=30.043t
式中 F—单个卸扣承受荷载；
W1—设备重量；
W2—吊具重量（钢丝绳和卸扣总重约1.04t）；
—卸扣与垂直面夹角，计算得23°。
C、H吊点选用的卸扣为额定载荷85t的弓形卸扣，设备自带单个吊耳起吊重量为42t，额定载荷大于实际承受载荷，满足吊装要求。
（10）D、F吊点卸扣及座环自带吊耳校核
F=[（W1+W2）/cos]/8
=[（220.2+1.04）/cos27°]/8
=31.038t
式中 F—单个卸扣承受荷载；
W1—设备重量；
W2—吊具重量（钢丝绳和卸扣总重约1.04t）；
—卸扣与垂直面夹角，计算得27°。
D、F吊点选用的卸扣为额定载荷85t的弓形卸扣，设备自带单个吊耳起吊重量为42t，额定载荷大于实际承受载荷，满足吊装要求。
3 吊装时桥机主钩上、下极限位置校核
根据座环、蜗壳在安装间组拼图和座环、蜗壳吊装立面布置图以及上部基础图计算。
吊钩上限位高程为135.427m；
吊钩最高位置高程=安装间地面高程+h1+h2+h3+h4+h5；
安装间地面高程为123.00m，h1-吊点到吊钩垂直距离5.82m，h2-吊点到支墩的距离0.36m，h3-支墩高度1m，h4-安装间栏杆高度1.5m，h5-吊装裕度0.5m；
计算得吊钩最高位置高程为132.18m，小于桥机主钩上限位高程（135.427m），满足吊装要求；
吊钩下限限位高程为108.427m；
吊钩最低位置高程=座环基础环底部高程+h1+h2；
座环基础环底部高程为105.51m，h1-吊点到吊钩垂直距离5.82m，h2-吊点到基础环底部的距离0.36m；
计算得吊钩最高位置高程为111.69m，大于桥机主钩下限位高程（108.427m），满足吊装要求；
4 结束语
收到中东某抽水蓄能电站机组座环/蜗壳技术参数及图纸后，对未挂装蜗壳进人门段时的吊耳进行了受力情况分析，提出了厂家原有吊耳不满足现场吊装的要求。同时对挂装蜗壳进人门处，重新分析了吊点的受力情况，提出了在原有吊耳的基础上，在可适位置新增两只吊耳，与原有吊耳一起使用，可满足机组座环/蜗壳整体吊装的要求，同时对所选用的吊具进行了核算。通过对该抽水蓄能电站机组座环/蜗壳整体吊装过程的分析，为以后遇到类似施工过程提供了可借鉴的经验。
参考文献：
技术标准
[1]房义萍，等．GB/T 20118-2006．一般用途钢丝绳．北京．中国标准出版社．2006
论文作者:张东兴
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：钢丝绳论文; 荷载论文; 载荷论文; 卸扣论文; 垂直面论文; 夹角论文; 高程论文; 《基层建设》2019年第20期论文;