李生福 唐明金

中国水电四局（兰州）机械装备有限公司 甘肃兰州 730000

白鹤滩水电站位于云南省巧家县和四川省宁南县交界处的金沙江干流之上，是目前世界在建规模最大的水电站，装机总容量1600万千瓦，单机容量100万千瓦，单机容量位居世界第一。白鹤滩水电站大坝为300米级特高混凝土双曲拱坝，最大坝高289米，坝顶弧长709米。大坝共分为31个坝段，大坝主体混凝土浇筑总量803万立方米[1]。大坝于2017年4月开始浇筑，经过近50个月的建设，于2021年5月31日实现全线浇筑到顶，平均月强度超过16万立方米。

吊运大坝混凝土用的吊罐由最初的设计容量3m3发展到6m3，再到现在大型水电站施工采用的9m3，吊罐和混凝土的重量近30t。大方量、高施工强度的大坝混凝土浇筑施工改变了吊罐的使用频率和使用工况，原设计使用的吊罐容易出现罐体结构变形、连接部位松动、磨损严重等问题，本文结合工程施工实践，介绍了吊罐使用中反映出来的问题，并针对问题提出优化设计方案进行实施改造，经工程施工实践检验取得了良好效果，可为同类工程施工提供借鉴经验。

1 吊罐基本情况

白鹤滩水电站位于云南省巧家县和四川省宁南县交界处的金沙江干流之上，是目前世界在建规模最大的水电站，装机总容量1600万千瓦，单机容量100万千瓦，单机容量位居世界第一。挡水大坝采用双曲线线型设计，是300米级混凝土双曲特高拱坝，最大坝高289米，坝顶弧长709米；大坝主体混凝土浇筑总方量达800万立方米，共分为31个坝段。2019年，白鹤滩水电站大坝创下年浇筑量270万方、月浇筑量27.3万方的同类工程世界纪录。

白鹤滩水电站30t缆机配套使用的9m3混凝土吊罐（也叫立罐）为大坝混凝土浇筑所需的专用设备，其作用是将运输到供料平台上的混凝土吊运到浇筑仓号内。吊罐由罐体、下料弧门、两个液压蓄能油缸、两个弧门启闭油缸、手动换向阀、单向阀、滤油器、截止阀、油箱等组成。

当用缆机提升吊罐时，向上的提升力和向下的吊罐自重，以及混凝土料自重的相互作用，使油缸有杆腔成为压力腔，为吊罐启闭弧门提供动力。双开弧门通常保持紧闭状态，当向下拉手动换向阀手柄时，通过改变油路流向将弧门开启，松开手动换向阀，阀芯在弹簧的作用下自动复位，此时油路再次换向将弧门关闭。吊罐结构形式见图1。

2 存在的主要问题

（1）缆机9m3吊罐在频繁使用和就位取料停靠的过程中，吊罐与卸料平台经常产生较大的撞击，容易造成罐体结构变形、连接部位松动现象[2]。在装入混凝土时，混凝土从灌顶倾泻到罐体内，对罐底托辊、弧门及锥段管壁产生较大的冲击力，容易造成锥段管壁和弧门变形，导致弧门漏料和密封胶皮频繁挤压破损。

（2）弧门托辊采用两端螺栓固定方式，此螺栓为M16普通螺栓，强度不足，在混凝土的冲击下，容易出现螺栓剪断（二级混凝土尤其严重），存在托辊空中脱落的安全隐患。

（3）罐体顶部的出绳口安全防护设计可靠性不高，当吊罐钢丝绳或油缸脱落后可能导致罐体脱落。

（4）弧门结构单薄，刚度不足，容易产生变形。

（5）罐体锥段壁薄，容易变形，锥管的加劲环与四个立柱未刚性连接，导致罐体整体刚性不足。

（6）吊罐顶部的出绳孔防护尼龙护套外径偏小，钢丝绳容易将尼龙套磨损穿透导致同钢质压板摩擦，对钢丝绳使用寿命影响较大。

（7）吊罐底部环梁刚性不够，需优化加强。

3 优化改造方案

白鹤滩水电站缆机9m3吊罐经过近一年的运行，发现实际使用工况恶劣，在使用过程中的反复撞击力超出部分构件的承载能力，造成结构变形或疲劳损伤，除做好设备日常维护和保养外，需采取优化改造措施。

（1）锥段管壁和弧门改造。锥段管壁改造：原设计管壁厚度8mm，Q235B材质，在使用过程中对内壁贴焊衬板进行了加厚耐磨处理[3]。由于受现场施工条件和设备的限制，衬板无法卷制成比较标准的锥形，衬板对锥段的补强效果受到影响。因此，采取厂内加工锥段管壁，用耐磨钢板NM400，厚度增加到10mm，在增加耐磨性的同时增加材料的强度。采用高度350mm的一道加劲环采（Q345B材质）对锥管段进行加固，并将立柱与加劲环用钢板进行焊接连接。优化改造后的罐体见图2：

图2 优化改造后的罐体

弧门改造：原设计弧门板厚12mm，Q235B材质，结构较单薄。改造方案将弧门主要受力的扇形耳板厚度加厚到20mm，耳板薄弱部位采用16mm钢板进行加厚补强处理，采用Q345B材质。为方便加工制作，将原冷折弯结构改为焊接结构，增加加强筋板。优化改造后的弧门见图3：

图3 优化改造后的弧门

（2）托辊改造。将托辊与弧门的联接螺栓由原来的M16×60普通螺栓更换为8.8级M24×60高强螺栓，在螺帽上钻直径5mm双向防松孔。因托辊内的轴承、轴承座等尺寸改变，托辊重新进行了加工制作。托辊与弧门连接方式见图4：

图4 托辊与弧门连接方式

（3）吊罐油缸活塞杆改为弹簧回位的方式，取消油缸顶部的配重，重新将吊罐中部的环梁回复成整体，并采用补强板的方式牢固焊接，罐体上部整体刚性得到加强。

（5）将罐体立柱顶部的钢丝绳座板的位置加装安全保护措施，原有尼龙套外径70mm，内径40mm，改造后外径130mm，内径40mm，相应尼龙套及其座子重新加工，提高了使用安全性，有效避免了钢丝绳与压板的直接接触摩擦。

（6）改造后的罐体底部环形梁采用截面200×200的箱型梁，板厚10mm，并将底环梁与立柱用补强板加固焊接。

（7）锥段改造采用了高度350mm的加劲环，并将加劲环与防撞立柱进行刚性连接，此次改造不再在防撞立柱的其它部位增加与罐体连接的防撞加强钢板，避免了撞击导致管壁严重变形。

4 结语

改造后的吊罐重量约28.8t，比原吊罐增加重量约821kg，吊罐总重6.3t，在满载9m3混凝土的情况下总重量未超过29t，满足30t缆机频繁吊运的安全使用要求。

改造后经过一年多的运行使用，故障率大幅降低，有效降低了维护检修成本，使用安全性得到了保障。