减压阀检修龙门吊架的设计制作与应用

游太稳

（贵州乌江水电开发有限责任公司构皮滩发电厂，贵州 余庆 564408）

0 引言

构皮滩发电厂采用计划性检修模式，每年进行5台次的技术供水减压阀的检修工作，而技术供水减压阀的检修所使用的吊架为传统的三角扒杆。因三角扒杆受其自重较大、尺寸较长且现场安装位置受限等诸多不利因素的限制，操作时至少需要8个人同时进行，在竖立及移动过程中因重心不一致极易引起支架倾倒造成的人身伤害事故，在机组技术供水系统减压阀检修时又因其固定不易移动的缺点，在减压阀内部组件起吊及下落的过程中存在着歪拉斜吊的安全隐患。为消除该安全隐患，于是设计并制作了技术供水减压阀检修的专用龙门吊架。技术供水减压阀检修所用传统三角扒杆如图1所示。

图1 三角扒杆

1 龙门架总体结构设计

根据现场工作环境等诸方面考虑，本龙门架设计为移动式龙门架。而移动式龙门架的设计需根据不同的使用环境和使用要求分别从龙门架的整体尺寸、结构工艺以及使用性能等方面做具体的分析与研究。本次研究是针对构皮滩发电厂技术供水减压阀检修吊运过程中，使用三角扒杆费时费力、歪拉斜吊、扒杆重心高不稳定等问题而专门设计的高度可调的移动式的小型龙门架。

1.1 龙门架总体设计步骤

1.1.1 选材

根据构皮滩发电厂实际情况选用圆钢、钢板、棒料和方钢，材质为Q235和304不锈钢。

1.1.2 结构类型

对比大型龙门吊结构，选用常规式结构。整体行走装置选用4个带刹车的重型万向轮支撑。根据减压阀安装高度的不同和龙门吊存放位置（使用龙门吊时需要经过深井泵室，深井泵室门高2.3 m）将四条支腿设计为可伸缩式。龙门架顶部中间设计有两条平行的轨道，轨道上有四轮移动小车，起吊装置安装于移动小车车架中部，起吊装置选用手拉葫芦。

1.1.3 工作载荷

根据以色列多诺特减压阀使用设计说明书可得知，减压阀整体质量为1 t，减压阀常规检修时只需要将上端盖、导向抓与阀盘和隔膜分别吊出，但为保证减压阀损坏需要整体更换，考虑龙门架的最小起重量为1 t。

1.1.4 建模

选用 Pro/E 对移动式龙门架做三维建模并对其结构进行干涉分析。

1.2 龙门架工况分析

考虑龙门吊架工作特性，吊运减压阀端盖及内部部件时主要承受由于静止悬挂而产生的铅垂载荷和起吊后小车行走悬摆而产生的交变拉力。为保证龙门架刚度，初步设计将龙门架顶部固定框架和小车轨道选用方钢，底座、筋板和小车车架选用钢板，立柱及其斜撑选用圆钢管，伸缩腿和小车车轴选用圆钢棒料，小车车轮选用不锈钢棒料。立柱与伸缩腿采用螺栓连接，万向轮与伸缩腿底板采用螺栓连接，其余连接处均采用焊接。

1.3 主要参数

龙门架设计参数主要包括结构参数和工艺参数两部分。结构参数通过实地测量龙门架的搬运、减压阀的起吊和减压阀起吊后横向移动的最大值来确定。工艺参数通过实验测量起吊减压阀的重量、高度、速度等来确定，具体如表1所示。

表1 结构及工艺参数

1.4 总体结构建模

利用三维建模软件Pro/E对各个零部件进行三维实体建模，选材与实际参数均与实际相符。零部件完成建模后，完成组装图，利用Pro/E软件对组装图进行干涉分析。龙门架建模组装效果如图2所示。

图2 龙门架建模组装效果图

2 龙门架制作

2.1 出图纸

将设计的三维图转换成二维图纸。利用Pro/E软件将所有设计的零件转换成二维图纸，并标注零件尺寸、注明零件数目和技术要求。

2.2 导轨框架制作

导轨框架为长方形，材料为50 mm×50 mm的方钢，壁厚为5 mm。整体分为固定部分和导轨部分，两条导轨间距300 mm。框架全部采用422焊条满焊。导轨两端焊接有∠5#的角钢，防止小车脱轨。导轨框架制作如图3所示。

图3 导轨框架制作

2.3 立柱支撑制作

龙门吊架立柱及支撑材料均为直径为Φ50 mm的圆形钢管，壁厚5 mm。立柱和支撑之间全部采用422焊条满焊。立柱下端钻有两个Φ16 mm的孔，通过螺丝与伸缩腿固定，并实现升降功能。立柱支撑制作如图4所示。

图4 立柱支撑制作

2.4 伸缩腿制作

伸缩腿与立柱为间隙配合，伸缩腿总长500 mm。伸缩腿小头外径为Φ39.6 mm，伸缩腿大头一端焊接有一块20 mm厚的钢板，钢板上钻有4个Φ12 mm的孔，钢板与重型万向轮通过螺丝连接。伸缩腿小头端钻有两个Φ16 mm的孔，通过螺丝与立柱连接和实现升降。伸缩腿制作如图5所示。

图5 伸缩腿制作

2.5 小车制作

小车由车架、车轴、车轮、轴承、吊环和防脱轨装置组成。车架为20 mm厚的钢板，车轴直径为Φ40 mm的钢棒，车轮为不锈钢材料，防脱轨装置为10 mm厚的钢板，吊环为M24的不锈钢吊环。车架与车轴之间采用422焊条满焊，吊环与车架采用螺纹连接，车轴和车轮之间有螺母固定，防脱轨装置与车架采用螺栓进行连接。小车制作如图6所示。

图6 小车制作

2.6 龙门吊架组装

立柱支撑与导轨框架之间采用422焊条进行满焊，并通过20 mm厚的钢板进行加固形成肋板，伸缩腿插入立柱内并通过螺丝连接。所有零部件用蓝色防锈漆进行防腐处理。整个龙门吊架有两个高度位置，最低位置可以用于1号、3号、4号、5号机技术供水减压阀检修，最高位置可以用于1号～5号机技术供水减压阀检修。为了存放方便，需要将龙门吊架高度处于最低位置才能通过深井泵室的两扇门。龙门吊架组装如图7所示。

图7 龙门吊架组装

3 龙门架实际应用

实践是检验真理的唯一标准，当然，实践也是检验成果的唯一标准。经过3台机组的检修实践证明，新设计制作的专用龙门吊架只需要两个人便可以轻松操作，相比三角扒杆使用时的笨重、易倾倒、难操作等缺点，不但极大的节省了人工成本，同时还大幅的提高了工作效率、降低了安全风险。专用龙门吊架因其顶部设置的可移动小车，在减压阀内部组件起吊后可平稳的、安全的转移至检修场地，消除了因使用三角扒杆歪拉斜吊而可能产生的倾倒隐患，减压阀检修工作真正做到了经济、安全和高效。龙门吊架的实践应用如图8所示。

4 龙门吊架效益

该龙门吊架具有结构简单、移动平稳大方便等优点。用它进行减压阀检修吊装工作，省时、省力、安全可靠。不仅提高了工作效率、节省了人力资源，同时消除了减压阀检修过程中的安全隐患。龙门吊架还可用于技术供水取水阀、减压阀前后隔离阀以及空气冷却器总排水阀等的检修更换，适用性高，易于推广。传统三角扒杆和龙门吊架使用对比如表2所示。

表2 三角扒杆和龙门吊架使用对比

4.1 经济效益

由表2可知，一台技术供水减压阀检修人工成本每次节约6人次，约1 200元，每年机组检修共节约人工成本约1 200×2×5=12 000元。

4.2 安全效益

传统三角扒杆在移动、竖立以及吊装减压阀组件过程中存在巨大的倾倒安全隐患，而专用龙门吊架具有重心稳定、方便移动、易于操作等突出优点，避免了三角扒杆在使用时因操作不当造成的倾倒伤人事故的发生。

4.3 社会效益

此专用龙门吊架具备很高的推广价值，在其他阀门的检修与更换时具备较强的通用性，对其他固定位置的设备检修、维护方面具有很高的借鉴意义。

5 结束语

通过几台技术供水减压阀的检修实践，龙门吊架的应用达到了设计的最初目标，在减压阀的检修与更换工作中都获得了较为理想的效果。但设计时未对龙门吊架进行有限元分析，虽然在实际应用中已满足减压阀整体吊装的工作要求，但龙门吊架荷载具体为多少犹未可知。