 大型垂直升船机钢丝绳组件安装技术吉 勇，程建文 (中国葛洲坝集团机电建设有限公司，湖北 宜昌 443002) 摘要：针对大型垂直升船机钢丝绳组件安装的特点和难点及传统安装方法的不足，提出一种科学实用的升船机钢丝绳组件安装技术及作业方法。采取钢丝绳出绳点精确定位、多绳共槽全卷绕结合绕绳机架等技术措施，解决了钢丝绳组件安装数量多、绳径大、施工场地狭窄、长、短绳多绳共槽卷绕的难题。该技术已在景洪、三峡等升船机工程中得到应用，效果显著。 关键词：垂直升船机；钢丝绳；组件安装 升船机的承船厢由多根大直径钢丝绳悬吊，所用钢丝绳具有数量多、荷载大、运转频繁、费用高、更换困难的特点，要求钢丝绳使用寿命长、尺寸精度高。钢丝绳组件是升船机的关键部件[1]。 在已建的大型垂直升船机中，三峡齿条爬升式升船机钢丝绳均为绕过平衡滑轮做转向支承的重力平衡绳；景洪浮筒转矩平衡式升船机均为缠绕在卷筒后两侧出头的双头绳；水口卷扬提升式升船机所使用的钢丝绳包括卷筒卷绕的提升绳、转矩绳的单头绳和绕过平衡滑轮的重力平衡绳；构皮滩第二级卷扬提升式升船机是在建的世界上最大垂直提升高度的升船机，单只卷筒上布置了5根钢丝绳，包含1根提升绳、1根转矩绳和3根双向出头的混合绳。本文主要对大型垂直升船机钢丝绳组件的安装问题进行技术分析。 1 大型垂直升船机钢丝绳组件安装的主要技术特点大型垂直升船机钢丝绳组件包括卷筒上卷绕的提升绳、转矩绳和(或)混合绳，以及用平衡滑轮组做转向支承的重力平衡绳。 1.1 钢丝绳组件的技术特性 升船机船厢均采用多绳悬吊，在已知船厢重力和尺度的情况下，尽量增加钢丝绳的数量，以减小钢丝绳的直径，进而缩小卷筒和滑轮的直径，减小设备制造难度、降低造价，并按经预拉伸后的长度定尺采购钢丝绳组件(带索具)[2](表1)。 表1 国内几座大型垂直升船机钢丝绳组件  升船机名称 所在河流最大提升重力∕kN过船吨位∕t最大提升高度∕m卷筒∕滑轮直径∕mm钢丝绳直径∕mm钢丝绳数量∕根钢丝绳长度∕m水口升船机 闽江 530002×50059 503500∕300052296202 69三峡升船机 长江 1550003000113 00∕450074256149 63景洪升船机 澜沧江3200050066 864250∕7064207 48构皮滩二级升船机乌江 34000500127 004200∕6488335 70 从表1可以看出大型垂直升船机钢丝绳组件的特点：钢丝绳直径大，φ50～74 mm；钢丝绳数量多，64～296根，钢丝绳总长较大。钢丝绳组件安装技术难点：钢丝绳直径大、僵硬阻力大、卷绕安装难度大、定位精度不易控制、工程量大。 1.2 滑轮组钢丝绳挂装技术特点 用作导向支承的滑轮组，一般布置在主机房内，有单绳槽和双绳槽滑轮结构形式(图1)。通常成组排列，每组6～8片滑轮，单绳槽和双绳槽滑轮钢丝绳挂装技术特点基本相同：钢丝绳组件为双头定尺绳，滑轮绳槽内设衬垫层，钢丝绳组件安装时不能损坏垫层，同一滑轮的2根钢丝绳旋向相反。   图1 大型垂直升船机钢丝绳滑轮组 1.3 卷筒钢丝绳卷绕技术特点 钢丝绳卷筒一般布置在主机房内，卷筒的尺寸和数量根据提升重力、钢丝绳数量、轮绳直径比、船厢尺度等来确定[3]。图2为3种主要卷筒结构形式。    图2 大型垂直升船机钢丝绳卷筒结构 图2a)所示提升绳、转矩绳在卷筒上卷绕，均为单头绳，绳端一段分别由卷筒压板压紧固定在绳槽内；图2b)所示为提升绳、转矩绳以及混合绳在卷筒上卷绕，混合绳的中心点附近一段分别由钢丝绳压板压紧固定在绳槽内；图2c)所示均为双向出头的混合绳在卷筒上卷绕。 从图2可以看出钢丝绳在卷筒上卷绕的特点：单只卷筒上布置4～8根钢丝绳，有单向出头的单头绳和(或)双向出头的混合绳，长度不同；多根钢丝绳紧密排列共槽卷绕；卷筒压板以一定预紧力压紧钢丝绳端部或中间。 卷筒上钢丝绳组件的安装技术难点是：主机房处于升船机塔柱顶部，孔洞多；施工空间狭窄；钢丝绳越多，场地越受限，对起重吊装手段的布置和使用要求更高；双向出绳使钢丝绳卷绕安装方案复杂化；共槽卷绕增加了难度；钢丝绳中间固定对安装定位精度要求高。 2 大型垂直升船机钢丝绳组件安装技术措施2.1 滑轮组钢丝绳的挂装方案 钢丝绳组件的挂装应在对应的平衡重和滑轮组安装后进行挂装，考虑“上提易下放难”的原则[4]，通常采用将钢丝绳盘放置在船厢的支架上，安装引绳与钢丝绳绳头一端夹紧，利用卷扬机和主机房检修桥机提引绳，穿过钢丝绳孔，将钢丝绳绳头提吊至主机房后，再将绳头拉过滑轮，使钢丝绳进入滑轮绳槽后自由下垂，继续提放钢丝绳至平衡重井，与平衡重调节螺杆连接后完成作业(图3)。挂装一次完成，避免因临时锁定钢丝绳倒钩而发生钢丝绳脱开的高空坠落意外；同一组钢丝绳应由两侧向中间安装方便施工。 2.2 钢丝绳共槽卷绕方案 卷筒卷绕钢丝绳安装应在主提升机设备空载闭环试验完成后进行，拆解各单元之间的同步轴联轴器，使主提升机成为4组单独运转的卷扬机形式，把卷筒压板中心置于正上方位置，对任一减速机上的1只或2只卷筒进行卷绕钢丝绳。  注：桥机吊钩起升至主机房距离地面约14.5 m时，钢丝绳夹具距离地面约1.3 m，钢丝绳绳头连接调节螺杆后，吊入重力井内，进行与平衡穿轴连接作业。 图3 大型垂直升船机滑轮组钢丝绳挂装常用方案 2.2.1 传统卷绕方案及缺陷 卷筒钢丝绳传统采取挂长牵引绳卷绕方式，即在卷筒上钢丝绳入槽位置缠绕牵引绳，将牵引绳缠绕至工作圈数，牵引绳一端在长混合绳初始定位位置，所有钢丝绳放置到船厢上，先用桥机将长混合绳绳头提吊起来，与牵引绳一端在初始定位位置联锁，然后转动卷筒绕绳，至短钢丝绳的起始位置后，再用桥机将短钢丝绳提吊起来，与牵引绳另一端的起始位置对齐，绕至卷筒压板上夹稳，再继续转动卷筒，直至钢丝绳卷绕作业完成[5]。此种钢丝绳安装作业方法，在混合绳较多时，需要多根长牵引绳，且多绳缠绕过程中引绳会干涉共槽绳入槽，加之人力收尾牵引绳等安全问题，稍有不慎就会返工，施工困难，且难保证定位精度。 2.2.2 卷筒多绳共槽全卷绕结合绕绳机架的方案 1)钢丝绳在卷筒上的长度。 根据卷筒钢丝绳卷绕技术特点，卷筒上混合绳(双头绳)中间固定，两侧出绳，在卷筒上始终有一定圈数的钢丝绳，由船厢上行(下行)共槽圈和安全圈组成，共槽圈绳长为升船机最大提升高程。卷筒两侧提升绳和转矩绳一端固定，另一端出绳，在船厢处于最低通航位时，提升绳在卷筒上仅为安全圈，转矩绳在卷筒上由共槽圈和安全圈组成，安全圈数一般为2.5～4.5圈。根据钢丝绳在卷筒上的位置和垂直长度，可精确计算钢丝绳绳头在卷筒上起始点位置，以采取卷筒多绳共槽全卷绕的方式安装钢丝绳组件。 2)卷筒多绳共槽全卷绕思路。 双头绳长度=卷筒上的长度+卷筒两侧切点以下垂直绳长度；提升绳长度=安全圈绳长+卷筒船厢侧切点以下垂直长度；转矩绳钢丝绳=安全圈绳长+共槽圈绳长+卷筒平衡重侧切点以下垂直长度。 由此计算确定每根钢丝绳绳头在卷筒上出绳点位置。将船厢侧钢丝绳绳头临时固定在卷筒出绳点位置，并保持同一高度，然后向船厢侧转动卷筒，将船厢侧钢丝绳垂直长度及在卷筒上的长度，从绳盘卷绕到卷筒绳槽，在卷绕过程中，各钢丝绳分别卷绕至相应卷筒压板位置进行固定，到达绳头的出绳点位置时解开绳头，使其自重下垂，向船厢侧出绳，在绳头接近船厢时，绳盘上剩余少量钢丝绳为卷筒平衡重侧切点以下的钢丝绳长度，利用桥机逐根吊挂剩余钢丝绳进入平衡重井与调节螺杆连接。 此卷绳方式，操作可行，钢丝绳安装定位精度较高，安全高效，但钢丝绳绳盘摆放比较集中，可设置绕绳机架解决。 3)绕绳机架的设置。 在主机房对应卷筒旁边设置卷绕绳盘机架装置，控制钢丝绳卷盘转速，机架可拆装重复使用，如图4中4根钢丝绳同时卷绕，可扩展摆放更多的钢丝绳绳盘，解决了集中摆放长短不同多根钢丝绳、作业场地限制以及占用桥机等起重手段的问题。且钢丝绳绳盘基本对应所卷绕的卷筒绳槽位置，预防和纠正钢丝绳卷绕中扭转的问题。  图4 卷筒钢丝绳卷绕绳盘机架装置 2.2.3 卷筒多绳共槽全卷绕结合绕绳机架的作业步骤 钢丝绳绳盘摆放在绕绳机架上，机架位置对应卷筒设置，在卷筒上的出绳点位置，利用短引绳把船厢侧的多绳共槽的钢丝绳绳头分别固定同一高度，卷筒朝船厢侧转动，卷绕所有的钢丝绳。以图2b)卷筒(φ4.2 m)同时布置提升绳、转矩绳、混合绳为例具体步骤说明。 1)提升绳、混合绳绳头起始点的固定。承船厢处于上游通航位，提升绳(1根)出绳点为第16绳槽，混合绳(3根)出绳点依次为第32、48、64绳槽的承船厢侧切点，计算船厢侧钢丝绳垂直长度为9.255 m，钢丝绳吊头起始点分别为在卷筒第17、33、49、65绳槽，距离水平切线点641 mm弧长为起始点，即17°位置，用细绳逐一固定钢丝绳的索具孔(图5)。  图5 卷筒钢丝绳缠绕绳头起始点(单位：mm。下同) 2)转矩绳缠绕起始位置。卷筒开始转动至第12圈时，提升绳应进入第5绳槽，混合绳(3根)进入21、37、53绳槽，在第69绳槽开始安装转矩绳，压紧转矩绳头段(图6)。  图6 转矩绳缠绕起始位置点 3)拆除固定细绳。卷筒转到第13圈时，拆开船厢侧提升绳和混合绳绳头，4根绳头自由下垂，钢丝绳卷出；再转动卷筒至接近第14圈时，提升绳进入第3绳槽，提升绳头从绳盘上吊出，在卷筒压板紧固，混合绳分别进入第18、34、50绳槽；转矩绳进入第66绳槽；检查钢丝绳安装定位线或做必要的调整，紧固钢丝绳压板；继续转动卷筒缠绕钢丝绳，5根钢丝绳共槽卷绳，船厢侧4根绳卷出，转矩侧4根卷入(图7)。 图7 拆引绳位置点 4)钢丝绳组件与船厢和平衡重连接。卷筒转动25圈，5根钢丝绳在绳盘上缠绕长度应剩余8 m左右长度，卷筒继续转动，使承船厢侧钢丝绳接近甲板，混合绳与转矩绳4根绳卷完，将索具与调节螺杆连接，再逆时针反转卷筒，使钢丝绳及调节螺杆进入转矩井，与平衡重吊耳穿轴连接(图8)。 图8 钢丝绳组件连接(90°旋转) 5)钢丝绳安装定位检查点设置。钢丝绳组件在采购时一般均标注L ①混合绳的中心点检查线(L ②钢丝绳吊头10 m检查线在卷筒上的位置。船厢侧提升绳和混合绳垂直长度9.255 m，10-9.255=0.745 m，船厢侧吊头10 m检查线分别在卷筒相应出绳点第16、32、48、64绳槽承船厢侧切点以上745 mm弧长处，在此处齿台上做红色标记点，以检查双头绳中点位置偏差(图9)。 图9 卷筒上标记入绳槽检查点位置 6)钢丝绳组件卷绕安装注意事项。①压板以规定的预紧力压紧钢丝绳，防止窜动；②钢丝绳与引绳绑扎应牢靠，防止松脱坠落；③钢丝绳定位检查存在偏差时，需调整，应暂停绕绳，采用木棒逐圈拨动将钢丝绳窜出调整量至钢丝绳压板处，满足定位精度后再次压紧。 3 结语1)升船机钢丝绳组件安装技术的应用，在三峡齿轮爬升式升船机、景洪水力式升船机、隔河岩卷扬式升船机的钢丝绳组件安装施工均得到实践，安全、高效，简便，效果良好。 2)卷筒钢丝绳组件安装施工可以做到定位精度不大于5 mm，采取多绳共槽全卷绕安装方式，保持钢丝绳锥套轴孔中心高度一致，尽量避免因安装偏差造成的长度补偿。 3)大型升船机是介于矿山起重提升机与电梯之间的一种承载船舶过坝的特殊用途提升机械，目前升船机钢丝绳组件没有统一的标准，钢丝绳组件是升船机重要的承载部件，具有通用的安装施工特性，为利于升船机施工和安全运行以及升船机的发展，应推动升船机钢丝绳组件安装及验收规范化。 参考文献： [1] 孙鸿秉，季晓勇.升船机钢丝绳结构型式及若干技术问题[J].红水河,1999,18(4):31-35. [2] 汪云祥.水口水电站2×500 t级垂直升船机设计[J].华东水电技术,2002(2):3-11. [3] 刘同欣.大型升船机同步轴系统的结构设计[J].水运工程,2017(7):33-35. [4] 曹毅，李波.清江升船机安装调试技术[J].水电站机电技术，2007,30(2):18-22. [5] 陈富钟，麦家耀.升船机多绳共槽钢丝绳安装[J].红水河,1999,18(4):82-83. (本文编辑 郭雪珍) Installation technology of wire rope assembly for large vertical ship lift JI Yong,CHENG Jian-wen (China Gezhouba Group Electromechanical Construction Co.,Ltd.,Yichang 443002,China) Abstract：Due to the installation features and difficulties of wire rope assemblies used in large vertical ship lifts and the shortcomings of the traditional installation,a new kind of scientific installation technique and operation method for wire rope assemblies are proposed.The measures of precise positioning of the wire rope combined with rope winding device are taken to solve the problems of installation of wire rope assemblies including a large number of wire rope components,large wire rope diameter,narrow construction site,multi-rope groove winding for long ropes and short ropes,etc.This technique has been employed in the construction of Jinghong and Three Gorges ship lifts and achieved remarkable effects. Keywords：vertical ship lift; wire rope;unit mounting 中图分类号：U 642.6+1 文献标志码：A 文章编号：1002- 4972(2017)10- 0054- 06 收稿日期：2017-06-27 作者简介：吉勇(1972—)，男，工程师，从事水电站通航设施与水工钢结构研究及设计。 |
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