（机械工程专业论文）240m烟囱钢内筒液压提升倒装法的应用研究.pdf

江苏大学工程硕士学位论文 摘要 在大型火力发电工程中，烟囱是重要的标志性建筑之一，也是三大主体建筑之 一，为电厂高度之最。它既是高耸构筑物，也是设备型的特种构筑物，随着发电技 术和环保事业的发展，烟囱开始从单筒式向多管式方向发展。 烟囱钢内筒具有超高、超重、超薄的特点，其建造技术与烟气脱硫技术一样， 都是新兴的应用技术，在国内外的应用历史都很短，可供借鉴的实践经验、专项研 究极少，有许多应用基础问题需要解决，因此，这方面的研究与实践，近几年来在 业内受到普遍关注。 多管式烟囱一般先施工钢筋混凝土外筒，再吊装各层钢平台，然后安装钢内筒， 最后与水平烟气通道联接。烟囱内外筒都是高耸构筑物，结构独特，建造涉及附着 式爬架技术、整体同步升降技术等先进技术。钢筋混凝土烟囱内部空间高而狭窄， 底部入口小，钢内筒只能分散或分段进入，实现钢内筒的组装和移动的一整套技术 装备，成为钢内筒施工的技术关键。 镇江电厂三期2 4 0 m 烟囱钢内筒，采用钢索式液压提升倒装法施工，运用大型通 用有限元软件( a n s y s ) 辅助设计与分析。液压提升倒装系统主要由提升器、提升 器支承体系、钢内筒吊装吊点、钢绞线、钢绞线锚固体系等组成。提升器支承平台 布置在2 2 6 m ，选用4 组g y t - 2 0 0 ( i i ) 型钢索式液压提升装置，直接支承在4 根水平 斜梁上，吊点选用附壁环梁方案，每只钢内筒设两层吊点。 通过实践表明：液压提升倒装法是安全和优越的，从顶部提升，支承点在重心 上方，钢内筒累积升高，重心相对于支承点不断下降，其效果是：越高越重越稳定， 而且提升中的筒段，始终处于悬挂状态，为后续填充段的组合对口，提供了极大的 便利条件。 液压提升倒装法适用于各种形式的钢内筒，具有广泛的应用前景，与液压或气 压顶升法相比，是一大技术进步与工艺创新。 关键词：多管式烟囱钢内筒液压提升倒装法钢绞线锚固体系 江苏大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h e r m a lp o w e rp l a n t s ，c h i m n e yi sn o to n l yo n eo ft h ei m p o r t a n ts y m b o l i cs t r u c t u r e s ， b u ta l s oo n eo ft h et h r e em a i ns t r u c t u r e s ，a n di st h eh i g h e s ts t r u c t u r ei nt h et h e r m a lp o w e r p l a n t s t h ec h i m n e yi sas t r u c t u r et h a td o m i n e e r so v e ro t h e r s ，a n di ti sa l s oas p e c i a l s t r u c t u r ef o rf a c i l i t i e s t h ec h i m n e yb e g i n st od e v e l o pf r o ms i n g l e s t a c kt om u l t i s t a c k 谢mt h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i c i t yg e n e r a t i n gm e t h o da n dt h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n t h et e c h n o l o g yo fb u i l d i n gt h es t e e li n n e rc a n i s t e ri st h er i s i n ga p p l i e dt e c h n o l o g y j u s tl i k et h et e c h n o l o g yo fd e s u l p h u r i z a t i o n s ，w h i c hi so v e r h e i g h t ，o v e r w e i g h ta n d o v e r t h i n a th o m eo ra b r o a d ，t h ea p p l i c a t i o no fs t e e li n n e rc a n i s t e rh a sas h o r th i s t o r y , a n d t h e nt h e r ei sl i t t l ep r a c t i c a le x p e r i e n c ea n ds p e c i a lr e s e a r c h t h e r e f o r e ，t h e r ea r eal o to f b a s i cp r o b l e m st ob es o l v e d ，a n dr e c e n t l ym o r ea t t e n t i o nh a sb e e nd r a w nt o w a r dt h e a p p l i c a b l er e s e a r c hi nt h i sf i e l d t h em u l t i s t a c kc h i m n e yu s u a l l yb u i l d st h eo u t e rc o n c r e t ec a n i s t e rf i r s t l y , s e c o n d l y h a u l s u pt h es t e e lf l a t ，t h i r d l yh a u l s - u pt h es t e e li n n e rc a n i s t e ra n dc o n n e c t s 丽t 1 1t h ep l a n e s m o k ec h a n n e l sa tl a s t t h eo u t e rc o n c r e t ec a n i s t e ri sas p e c i a ls t r u c t u r ew h i c hd o m i n e e r s o v e ro t h e r s ，a n di ti sb u i l dw i t ht h ea d v a n c e dt e c h n o l o g ys u c ha sc l i m b i n gf r a m e s 诵m a t t a c h e dm e t h o da n dr i s i n g f a i l i n gt h ei n t e g e rs y n c h r o n o u s l y t h ei n n e rs p a c eo ft h eo u t e r c o n c r e t ec a n i s t e ri sh i g ha n dn a r r o w , a n dt h ee n t r a n c ea tt h eb o t t o mi ss m a l l t h e r e f o r e ， t h es t e e li n n e rc a n i s t e ro n l yc a l le n t e rs e p a r a t e l yo rs u b s e c t i o nb ys u b s e c t i o n ac o m p l e t e s e to ft e c h n o l o g i c a lf a c i l i t i e sf o ra c h i e v i n gt h ea s s e m b l i n ga n dm o v i n go ft h es t e e li n n e r c a n i s t e rh a sb e c o m et h ek e yt e c h n o l o g yo ft h es t e e li n n e rc a n i s t e rb u i l d i n g t h es t e e li n n e rc a n i s t e ro ft h e2 4 0 mm u h i s t a c kc h i m n e yi nz h e n j i a n gp o w e rp l a n ti s i n v e r t e di n s t a l l e dw i t hh y d r a u l i ch a u l i n g u pm e t h o d ，a n di ti sd e s i g n e di n s i s t e n t l ya n d a n a l y z e dw i t l lt h ec o m m e r c i a lf i n i t ee l e m e n tc o d e ( a n s y s ) t h ei n v e r t e di n s t a l l i n g 、i m h y d r a u l i ch a u l i n g u ps y s t e mi sc o m p o s e do fh a u l i n g u pm a c h i n e ，t h es u p p o r t i n gs y s t e mo f t h eh a u l i n g u pm a c h i n e ，t h ei n s t a l l i n gn o do ft h es t e e li n n e rc a n i s t e r , t h es t e e ls t r a n da n d t h es t e e ls t r a n d s a n c h o r a g ea s s e m b l y t h eh a u l i n g u pm a c h i n e sa r el o c a t e da tt h eh e i g h to f 2 2 6 m ，w ec h o s ef o u rg r o u po fg y t - 2 0 0 ( i i ) h y d r a u l i ch a u l i n g u ps y s t e m ，w h i c hi s l o c a t e da tf o u ro b l i q u eb e a m sd i r e c t l y w ec h o s et h ep r o j e c to fa t t a c h e dc i r c l eb e a m sf o r t h ei n s t a l l i n gn o d t h e r ea r et w ol a y e ro fi n s t a l l i n gn o df o re a c hs t e e li n n e rc a n i s t e r a c c o r d i n g t ot h ep r a c t i c e s ，t h ei n v e r t e di n s t a l l i n gw i t hh y d r a u l i ch a u l i n g u pm e t h o d 江苏大学工程硕士学位论文 暑i ；专暑宣；i i ；i 置i 暑i i ；宣；葺i 皇 i i ；i ；i ；i ；i ；i i i i ；昌；i i i i i i i ；i ；i 暑i i ；置 i ss a f ea n de x c e l l e n t ；h a u l i n g u pa tt h ec o p i n g ，t h ei n s t a l l i n gn o di sa b o v et h ec e n t e ro f g r a v i t y w i t ht h er i s i n go ft h es t e e li n n e rc a n i s t e r , t h ec e n t e ro fg r a v i t yb e c o m e sl o w e r a s ar e s u l t ，t h eh i g h e ra n dt h eh e a v i e rt h es t e e li n n e rc a n i s t e ri s ，t h em o r es t a b i l i t yt h e s t r u c t u r eb e c o m e s a n dt h ec a n i s t e ri s a l w a y sh a n g i n gd u r i n gt h eh a u l i n g u pc o u r s e ， w h i c hp r o v i d e sg r e a tb e n e f i t sf o ra s s e m b l i n gt h ec o n t i n u o u sc a n i s t e r n l ei n v e r t e di n s t a l l i n g 、析t hh y d r a u l i ch a u l i n g - u pm e t h o di sw i d e l yu s e df o rav a r i e t y o fs t e e li n n e rc a n i s t e r s ，a n di th a sab r o a df o r e g r o u n df o ra p p l i c a t i o n i ti sag r e a t t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n ta n dt e c h n i q u e si n n o v a t i o nc o m p a r e d 、析t ht h eh y d r a u l i co ra i r p r e s s u r eh a u l i n g u pm e t h o d k e yw o r d s ：m u l t i s t a c kc h i m n e y ；s t e e li n n e rc a n i s t e r ；i n v e r t e di n s t a l l i n g w i t h h y d r a u l i ch a u l i n g - u pm e t h o d ；s t e e ls t r a n d s - - a n c h o r a g ea s s e m b l y 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密囹，在答年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 学雠文储虢劳哆 签字日期：矽旷年占月l 易日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名：二终鸣多、 ? 。- 、 签字日期：知1 ) 辟6 月，名 电话： 邮编： 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位做作者签名兽 日期：祝= f ，年彦月f 易日 江苏大学工程硕士学位论文 第一章前言 在火力发电工程中，烟囱是标志性建筑之一，也是三大主体建筑之一，为电厂 高度之最。它既是高耸构筑物，也是设备型的特种构筑物。随着燃煤发电机组单机 容量的增大和烟气环保排放要求的日益严格，为了应对脱硫甚至脱硝后烟气特性的 变化，烟囱开始从单筒式向多管式方向发展【。 1 1 大型火力发电厂烟囱的特点及发展趋势 1 1 1 烟囱的结构特点：大型火力发电厂烟囱的型式，从工艺上分为干烟囱、 半干烟囱和湿烟囱三种，设计选型取决于发电机组的特性、烟气特性和安全经济性。 从结构上分单筒式和多管式两种( 套筒式也是多管式之一) ，传统单筒烟囱由于其本 身的许多弱点，已无法满足大容量机组及脱硫烟气条件的使用要求【l 】【引。 对有除尘装置的低湿烟气条件使用表明，单筒钢筋混凝土烟囱普遍存在温度裂 缝和烟气酸腐蚀问题，内衬和钢筋被腐蚀，混凝土碳化，一些烟囱筒壁有腐蚀物渗 出，在温度裂缝和酸腐蚀的反复交互作用下，烟囱的功能和使用寿命受到严重影响。 国外从2 0 世纪7 0 年代开始设计建造多管式烟囱，从目前了解到的欧美火电厂资料 看，多管式钢内筒烟囱的建造，与烟气脱硫技术一样，都是新兴的应用技术1 1 1 9 1 1 2 1 。 多管式钢筋混凝土烟囱一般由钢筋混凝土基础、钢筋混凝土外筒、钢结构平台、 钢内筒、横向稳定体系和附属设施等部分组成。多管烟囱与单筒烟囱的主要区别是： 将排烟管与承重筒脱开布置。这样处理的好处是：消除了烟气温度对承重筒的影响， 避免了烟气对承重筒的腐蚀，在排烟管与承重筒之间可设置检修平台，使排烟管的 检修和维护成为可能；同时钢内筒烟气扩散效果甚佳，等直径钢内筒烟气自拔力在 相同的烟气出口流速下远比锥形的单筒式烟囱要大，对锅炉运行十分有利；此外， 由于一台锅炉的烟气接一个钢内筒，烟囱出口处的烟气流速相当稳定，即使在低负 荷情况下运行，也能保证烟气的有效抬升与扩散【i 儿2 1 。 对上游设有脱硫装置的湿烟囱，烟气温度低、湿度大、腐蚀性强、结露现象严 重，特别是在脱硫装置不设烟气加热系统的情况下，对一台6 0 0 m w 机组来说，烟气 中水气结露后形成的水液理论计算量高达4 0 - 5 0 吨，j 、时，它主要依附并沿烟囱内侧 江苏太学工程硕士学位论工 壁流下，具有强腐蚀性。团此尽管工程实践已表明，多管烟嘲造价昂贵( 其中双 管划囱造价最高，其次为二管、四管，四管烟囱耗钢量最大，工期最长，单笸式钢 筋混凝士烟囱造价晟低) ，但是耐久，u t 维修等功能r 优势明显，使钢内筒多管式钢 筋# a 凝l 。烟囱，已成为当6 0 烟囱发展力向中的个快速发展的重要分支”j 。 1 12 烟囱的高度：在电网中继3 0 0 m w 机组之后，6 0 0 m w 机组将成为电源主 力，9 0 0 m w 、i o o o m w 机组将成为建造发展方向，随着火电机组单机容量的不断增 大，电厂烟囱根据机组需要、环保要求及技术经济能力等i 捌素，烟囱高度从建国初 期舶6 0 m 发展到2 】o m 、2 4 0 m 、2 7 0 m 。目前全国最高的烟囱为山两神头电厂和辽宁 绥中电j ，高度均为2 7 0 m 。随着烟气环保排放要求的日益严格，为了提高除尘、脱 硫甚至脱硝后煽气抬升、扩散效果，建造更高的烟囱必将成为绰济和理性的选择( 图 图1 - 1 火力发电厂概貌 il3 钢内筒的防腐特点：随着火电机组参数越来越高，单机容量越来越大， 烟气出口流速也随之增大烟囱内气流由负压变为正压，与此同时，锅炉的热效率 提高及脱硫装置的配套建设，排烟温度降低，烟气湿度增大烟气更容易结露，形 成腐蚀性很强的酸液，这样一来钢内筒的腐蚀问题变得更为突忆引起投资、运营 设计和施t 方的广泛关汁，成为当前研究探索的新课题_ j 。 由于国内烟气脱硫烟囱历史很短，专项调查研究资料很少，经验不足，对脱硫 后烟气的腐蚀机理和腐蚀防范措施的效果难以做出判断，国内对脱硫烟囱防腐设计 江苏大学工程硕士学位论文 尚无标准。国际工业烟囱协会认为【3 l ：( 1 ) 烟气冷凝物中氯化物或氟化物的存在将大 大提高腐蚀程度。( 2 ) 处于烟气脱硫系统下游的浓缩或饱和烟气条件，通常被视为 高腐蚀等级。( 3 ) 确定含有硫磺氧化物的烟气腐蚀等级是按s 0 3 的含量值为依据。( 4 ) 烟气中的氯离子遇水蒸气形成氯酸，它的化合温度约为6 0 ，低于氯酸露点温度时， 就会产生严重的腐蚀，即使是浓度不高也有很强的腐蚀性。因此，从美国萨金伦迪 ( s 触e n t & l u n d y ) 公司设计资料、日本三菱公司为台塑集团福建某电厂烟囱 设计咨询资料和英国公司为广东某电厂设计的2 4 0 m 高烟囱图纸看，都对脱硫烟囱防 腐提出了很高的要求【1 2 】。为此国内同行也进行了大量的探索，许多新型材料被相继 运用，如2 0 世纪9 0 年代国内钢制排烟管，开始用普通q 2 3 5 碳素钢制作，后来开发 利用耐露点硫酸腐蚀、耐高温的特殊钢材( 1 0 c r m n c u 、n s l 2 ) 制造【6 】【7 】，目前发展 到使用昂贵的钛钢复合板和宾高德内衬等材料，这方面的技术仍在不断探索发展之 中。 1 1 4 钢内筒的支承特点：钢内筒按支承方式可分为自立式、悬挂式和混合支 承式三种。自立式钢内筒也称自承重式钢内筒，其支承点在根部，整根钢内筒的竖 向荷载由其底座直接传递到基础；悬挂式钢内筒其支承点在悬挂段的上部钢平台上， 主要为受拉构件，故与自立式相比筒壁可以设计得较薄，也可以设计成变直径的， 而且可以实现分段检修或更换，其优势是显而易见的；混合支承式钢内筒即底部钢 内筒采用自立式，而上部为分段悬挂式，这种支承方式最切合使用实际，可以预见 是将来的发展方向。 1 2 多管式烟囱的施工特点 1 2 1 内外筒的施工特点：多管式烟囱一般先施工外简，再吊装各层平台，然后 安装钢内筒，最后钢内筒与水平烟气通道联接。内外筒都是高耸构筑物，而且要求 高，结构独特，施工涉及附着式爬架技术、整体同步升降技术等先进技术，具有工 程量大、安全风险大、技术含量高等特点。 1 2 2 钢内筒的施工特点 烟囱外筒对钢内筒施工既提供了条件，同时也形成t n 约。烟囱外筒及各层平 台为钢内筒提供了围护、支撑和交通条件；烟囱外筒只有底部和顶部两个入口，钢 内筒只能分散或分段进入，拼装组对和焊接时间对施工进度有较大影响；烟囱外筒 3 江苏大学5 - 程硕士学位论文 内部空间高而狭窄，进入烟囱外筒的钢内筒部件移动和组装空间受到限制，实现移 动和组装的一整套技术装备是钢内筒施工的技术关键；烟囱外筒筒身变形和钢内筒 已装段长度不断增大，易出现晃动现象，会对钢内筒后续段的拼装组对产生干扰影 响。 1 3 液压提升倒装法的特点及国内外应用现状 高度在2 0 0 m 以上钢内筒，目前国内外安装的可行方法有三种：一是“气压顶升 倒装法 ；二是“自爬式液压顶升倒装法 ；三是“钢索式液压提升倒装法 。国内部 分烟囱钢内筒建造概况见表1 1 。 i 3 1 气压顶升倒装法f 5 】蚴以压缩空气为动力，以特制的内底座为支撑，将顶端 密封的钢内筒与内底座，组成“气缸与活塞的关系，装备费用较低，但对密封圈 的要求较高，现场焊接工作量大，卷扬机牵引与气压顶升较难同步协调，顶升高度 增加，钢内筒重心上升，易产生扭、晃现象，稳定性较差。此方法适用于等内径、 自承重、内壁光滑连续的钢内筒施工，对不等内径、分段悬挂式钢内筒不适用。 1 3 2自爬式液压顶升倒装法【7 】【2 6 1 采用液压缸作为原驱动力，额定顶升能力达3 x3 0 0 t ，液压缸分别在三根3 6 m 高开口钢立柱内爬升，再利用环型钢箱梁托住钢内 筒实施项升，一座2 4 0 m 钢内筒一般需要7 8 次循环的爬升方可完成，施工装备费用 较高，对三只液压缸爬升的同步协调性要求高，钢内筒从根部顶升，随着重心升高 易产生扭、晃现象。此方法适用于自承重钢内筒的施工，对分段悬挂式钢内筒不适 用。 1 3 3 钢索式液压提升倒装法以外筒顶部钢平台为支撑，采用柔性钢绞线牵引 承重，提升器集群，计算机监控，液压同步提升新原理，钢内筒从顶部提升，重心 始终在下方，能有效缓解扭、晃现象，安全平稳、可控性强，但施工装备一次费用 较高，对外筒及顶部钢平台要求较高，此方法技术先进，不仅适用于等内径、自承 重钢内筒，也适用于不等内径、分段悬挂式和混合支承式钢内筒，该方法具有明显 的技术优势和广泛的应用前景，通过本课题研究及镇江电厂三期2 x6 0 0 m w 工程的 率先实践，目前在国内有多个正在施工中的工程及后续工程。 4 鑫 廿 蜊 n v 、 口卜on寸甘中 l 西小 蜜 a o 夺ooo o 岔o岔oooo 捌 岔岔 - 一 一 n _ nnnn_ 一 - _ - w -恤恤 匿 燃燃 燃 趟 盛 蜊磐浆蜊 燃 冀誉 燃、o 燃燃 求 趸豆趸豆 燃蜊s 媒誉 蜊蜊 东 柬东h 、隶 段盈s亭 亭 运匿嗽掣皑掣裂 喜婪 东求 出幽出 嶝 趟 鹭鹭 矮 疑蜓鬃疑 镁燃髅镁镁憾 蜊 出肾 幽臀出 矿器蜊 器翠器幂 稍 喜嬖 趟肾 樊怔蜓止 疑岐 旷 谶域域 避域 q 如q r 糊醐醐醐醐 l l 斗睁1 ；卜* 曦 坦渲坦捏渲 ggg暑吕 寸 式 。 n 金翟霍翟区忸 n nnnn 咖 oo o。o 恻一 o on 冬 n o o也 中 疆。 o 卜n 寸 i n 卜 | ni n 爨螺 也 o 螺螺文 瓣 h 辎肇蹬毗辎 器器 长 nn器 + + o 赭，、鞘 辎辎 燃 u 定踊 醐醐 。旨 斑“樽 墨囊 墼 c 甾 哑 整 器幂 匠 援 茎 榛 甘 u 徨 j 求 谨谨 赠 * o 苔。 姬 至蓬 葵 ，、 n 蝼 ni n 瓮塔罱辎 + a 耙轻 器蚋土 斛器 斛器 懈 - 蓄捺 蓄撂 餐 要下 、 n = 器 n n 商 坦 l器 曙 一卜 v - - * 卜d_ 、- 一 翟 是 1旺 z 至 将 器 咂毗 匝 u 幢。n0 胃链 i蹬 寸二 嚣，、 2 幂o 至 们 六 z窿l 拄搽 n寸 一 nnnnn 志n n 佃趟s l ni nl nnnn 寸 卜心心 心 卜 寸 寸 中n寸 罢翌一 q i n卜 g - _ 一 一 oo。 寸 中寸 卜 n n 一 n nn 一 一一 摧智邑 o。苫。oo 十寸寸寸中卜 一 n 一 nnn 至盏至 ooo 茎茎茎 茎 ooo 8盏 o o oo o o 脚 寸 n 臻 l 、 脚 11 脚 蒜袭 芝 p 、 岔o 蝼 粘熏哑 棰 o o o寸 一 n 岣 至 婶 心 娶骤娶 o ho 皿 1躁 謦 n 0 0 l蜷 蜂l n 1 1恒恒脚l 口 由、 上 11脚羽 止、 姜婕岳辱嫩建 m 妪嚣鲻 琳惑1熙鼙则做担efj器圜骚求锭罡皿。一_i懈 卅聿犁朴书譬棋一扑辕h 江苏大学工程硕士学位论文 葺i i i i | i t i 暑i l i i i i i i i i i ；暑；宣；葺 ) 1 4 本课题研究的目的和意义 1 4 i 本课题研究的目的：系统地认识、掌握液压提升倒装法的原理、流程和 方法，分析、解决工程应用中的具体问题，为镇江电厂三期工程2 4 0 m 高烟囱的钢内 简安全可靠、平稳顺利地安装提供支持和保障，为液压提升倒装法的应用积累实践 经验。 1 4 2 本课题研究的意义之一：2 4 0 m 烟囱钢内筒的建造具有超高、超重、超薄 的特点，其建造技术与烟气脱硫技术一样，都是新兴的应用技术，在国内外的应用 历史都很短，可供借鉴的实践经验、专项研究极少，有许多应用基础问题需要解决， 因此，这方面的研究与实践，近年来在业内受到普遍关注f 1 】【8 】【1 2 1 。探索运用柔性钢绞 线承重，液压提升新原理，与液压顶升倒装法和气压顶升倒装法相比，是一大技术 进步与创新。 1 4 3 本课题研究的意义之二：液压同步提升技术是一项新颖的施工技术，钢 索式液压提升倒装法适用于自立式、悬挂式和变直径等各种钢内筒的施工，该方法具 有明显的技术优势和广泛的应用前景。 1 4 4 本课题研究的意义之三：依托镇江电厂三期工程2 4 0 m 烟囱钢内筒的施 工，探索新的技术方法，对于突破现有技术的专利和产权制约，对提高企业核心竞 争力具有重要的现实意义。 1 5 本课题研究的主要内容及关键问题 1 5 1 本课题研究的主要内容：包括液压提升倒装法的基本原理、系统组成， 提升器支承体系的分析、验算，钢内筒吊装吊点的结构设计与验算，钢内筒施工环 境的动力学分析，试验与监测的方式方法等。 1 5 2 本课题研究的关键问题：主要有提升器支承点布置方案的安全合理性， 钢内筒吊装吊点的结构形式及其可靠性，液压提升同步技术和钢绞线的可靠锚固技 术等。 6 江苏大学工程硕士学位论文 第二章液压提升倒装法的基本原理 2 1 液压提升倒装法的基本原理 在制作场把2 4 0 m 钢内筒预制成4 0 至6 0 个标准段；将提升器安装在烟囱外筒顶 部，穿好钢绞线；从烟囱外筒预留门洞用轨道车逐节运入钢内筒预制标准段；提升 器、钢绞线与带吊环的钢内筒段之间通过锚固体系相联接；以外筒顶部钢平台为支 撑，以钢绞线为纽带，以液压油为动力，驱动提升器，按从上到下的顺序，提升一 段高度，填充一段筒节，组对焊接完毕，再提升、填充、焊接，循环往复累积提升， 换一次吊点后，直到2 4 0 m 全部组装完毕。 2 2 液压提升倒装系统的基本组成 液压提升倒装系统主要由提升器、提升器支承体系、钢内筒吊装吊点、钢绞线、 钢绞线锚固体系等组成。 力系传递过程为：钢内筒筒段等荷载一钢内筒吊装吊点一下锚头一钢绞线一上 锚头一提升器一提升器支承体系一烟囱外筒顶部一烟囱外筒筒身及基础 2 2 1 提升器即钢索式液压提升装置1 2 9 l ：是一种新颖的起重设备，它基于液压千 斤顶的工作原理，以钢绞线为纽带，以液压油为动力，推动液压缸活塞运动，使与活 塞上端连接的上卡紧机构和与缸体下部连接的下卡紧机构之间进行荷载转换，往复 间断动作从而实现被吊装件的提升、下降或悬空。 ( 1 ) 提升过程工作步骤如下： 第一步：荷重伸缸：上锚紧、下锚松、主油缸负重伸缸，带动被提重物上升一 段行程； 第二步：锚具切换：主油缸伸缸接近上极限，上锚停，紧下锚： 第三步：伸缸拔上锚：下锚紧，主油缸伸缸到顶，松上锚，停止伸缸； 第四步：空载缩缸：上锚松、下锚紧、主油缸空载缩缸，被提重物悬空暂停； 第五步：锚具切换：主油缸缩缸接近下极限、上锚紧、下锚停； 第六步：缩缸拔下锚：上锚紧、主油缸缩缸到底，松下锚，停止缩缸。重复第 7 江苏大学工程硕士学位论文 一步。 ( 2 ) 下降过程工作步骤如下： 第一步：荷重缩缸：上锚紧、下锚松、主油缸负重缩缸，带动被提重物下降一 段行程： 第二步：锚具切换：主油缸缩缸接近下极限，上锚停，紧下锚： 第三步：缩缸拔上锚：下锚紧，主油缸缩缸到底，松上锚，停止缩缸； 第四步：空载伸缸：上锚松、下锚紧、主油缸空载伸缸，被提重物悬空暂停： 第五步：锚具切换：主油缸伸缸接近上极限，上锚紧、下锚停： 第六步：伸缸拔下锚：上锚紧、主油缸伸缸到顶，松下锚，停止伸缸。重复第 一步。 ( 3 ) 选用的g y t - 2 0 0 ( i i ) 型钢索式液压提升装置的主要技术参数： 额定提升力：单台液压千斤顶1 9 6 0 k n ( 2 0 0 t ) 四台液压千斤顶7 8 4 0 k n ( 8 0 0 0 液压千斤顶活塞工作行程：2 0 0 m m 液压系统额定工作压力：2 0 m p a 行程检测信号：设置0 、3 0 、1 7 0 、2 0 0 m m 5 个位置 承载钢索数目：单台液压千斤顶2 1 2 根( 左右捻向各1 2 根) 额定提升速度：6 m h 电机功率：大电机1 8 5 k w ；小电机1 1 k w 2 2 2 提升器支承体系：由提升器支承平台、支承梁、钢筋混凝土烟囱外筒及 其它支承结构组成。提升器支承体系的作用是将提升器及其工作荷载，传递到烟囱 外筒基础。提升器支承体系在动荷载和静荷载作用下，必须具有足够的强度、刚度 和稳定性，支承梁应能抵抗疲劳破坏，材质以q 2 3 5 、q 3 4 5 为宜。 2 2 3 钢内筒吊装吊点：即钢绞线、下锚头与钢内筒的连接点或过渡点。吊点 的组数与提升器组数对应、匹配，吊点须有足够的强度、刚度，应能承受钢内筒吊 装的竖向荷载和径向水平荷载，保证在提升过程中，钢内筒壳体不致造成屈曲失稳 等有害影响。材质以q 2 3 5 、q 3 4 5 为宜。 2 2 4 钢绞线( 简称钢索) 为提升器楔紧机构的承力件。通常选用1 7 巾 1 5 2 4 m m 的高强度预应力钢绞线，强度等级1 8 6 0 m p a ，外径由1 5 2 4 m m ( 允许偏差 8 江苏大学工程硕士学位论文 + o 6 6 、0 1 5n u n ) ，公称截面积1 3 8 6 1 n u n 2 ，有左、右捻向之分，理论重量1 0 9 1 k g m ， 整根破断力为2 6 1 k n 。 钢绞线不同于一般起重用钢丝绳，它不允许通过滑轮转向或在任何弯曲状态下 受力，故在液压提升装置中都必须在直线状态下使用。每根钢索在1 0 0 k n 额定荷载 下，以通过上下卡座( 卡爪、夹片) 为一次计，在连续使用六次后就应更换，以保 证施工安全。 2 2 5 钢绞线束群锚体系：钢绞线束的锚固主要采用夹片锚具，在钢绞线固定 端( 下端) ，还可以采用挤压锚具。钢绞线束夹片锚具是利用夹片来锚固钢绞线的一 种楔紧式锚具。由于钢绞线的强度高、硬度大、接触面积小，对夹片的夹持能力要 求极高，因此对夹片的材质、形状、加工精度、齿形、热处理工艺等有很高的要求。 钢绞线束群锚体系由多孔的锚板与夹片组成，是在一块多孔的锚板上，利用每 个锥形孔装一副夹片，夹持一根钢绞线柬的一种楔紧式锚具。其优点是任何单根钢 绞线束锚固失效，不会引起整组钢绞线束群体锚固失效。 多孔锚板的材质一般为4 5 # 钢，调质热处理硬度为h b 2 8 5 1 5 。锚孔排列有沿圆 周、呈错行和呈三角形三种方式，对由1 5 2 4 m m 钢绞线锚板锥形孔间距不小于3 6 r a m ， 锚孔或夹片的锥角主要与夹片、钢绞线之间的摩擦角有关，通常为8 - , - , 1 0 。、具体通 过试验确定，锚板顶面应垂直于锥孔的中心线，以利于夹片均匀塞紧。夹片采用三 片式，按1 2 0 。均匀分布，夹片间为直开缝，倒锯形细齿，表面热处理后的硬度为 h b 5 8 6 1 。 2 3 计算机控制液压同步提升技术 由于g y t - 2 0 0 ( i i ) 型钢索式液压提升装置在原来的使用场合中，对提升的同步性 要求相对较低，各装置之间未配备同步控制系统，因此，本次针对钢内筒提升的特 点，专门进行了改造、试用。 2 3 1 同步提升控制原理 同步提升控制系统由主控设备、传感器和提升状态监视设备组成，完成提升器 之间的动作协调、提升同步等任务。 根据钢内筒提升的特点，如设置a 、b 、c 和d 共4 个吊点，则设a 为主令提 升吊点，b 、c 和d 为跟随提升吊点，以a 主令提升吊点为参照基准，b 、c 、d 跟 9 江苏大学5 - 程硕士学位论文 随提升吊点通过压力跟踪和同步高差跟踪，来实现提升位置同步和吊点承载均衡。 主令提升吊点决定整个提升系统的提升速度，提升同步控制方框图见图2 1 ( 见1 2 页) 。 2 3 2 计算机控制系统的布置 计算机控制系统的布置，主要是主控设备柜、若干传感器和提升状态监视设备 以及网络线路的布置。 激光测距仪：在每个提升吊点下方水平地面上，选择适当位置，安装l 台激光 测距仪，激光束竖直投射到提升吊点水平杷面上，随着吊点提升，激光测距仪测量 的距离越来越大。要求激光测距仪的量程不小于2 0 0 m ，测量精度不低于1 s m m ，各 激光测距仪安装在一个水平面上。 压力传感器：在每台油缸上安装一个压力传感器( 注：g y t - 2 0 0 i i 型原有) ，计 算机控制系统根据感知采集的压力载荷数据，实时协调系统的工作，并对提升系统 荷载的异常变化作出反应、处理。 锚爪及油缸位置传感器：在每台主油缸和开爪油缸上各安装1 只位置传感器( 注： g 1 n 2 0 0i i 型原有) ，通过这些传感器，计算机控制系统可以实时知道油缸的工作状 态，根据当前状态来决定下一步动作，这是提升系统工作同步的基础。 现场实时网络控制系统的连接：从计算机控制柜引出泵站通讯线、油压通讯线、 油缸信号通讯线、激光信号通讯线、工作电源线；通过泵站通讯线将各泵站联网； 通过油缸信号通讯线将所有油缸信号盒通讯模块联网；通过激光信号通讯线将所有 激光信号通讯模块联网；通过油压通讯线将所有油压传感器联网；通过电源线给所 有网络供电。 表2 - 1计算机控制系统的主要设备 序号名称 数量备注 序号名称数量 备注 l 视频传输系统l 套 7 油缸信号盒4 5 只其中9 只备用 油缸位置传感 2 激光测距仪 6 台 其中2 台备用 8 4 5 只 其中9 只备用 器 激光测距仪通开爪油缸传感 3 6 只其中2 只备用 9 8 0 只其中8 只备用 信盒 器 4 压力传感器 1 8 只 其中2 只备用 1 0电线 若干 5 a d 通信盒1 2 只其中2 只备用 l l油管 若干 6 通信中继器 4 0 台 其中5 台备用 l o 江苏大学工程硕士学位论文 2 3 3 提升吊点同步控制的措施 ( 1 ) 提升油缸动作同步：计算机控制系统根据油缸位置信号和开闭爪信号，确定 油缸的当前状态，主控计算机综合用户的控制要求，决定提升油缸的下一步动作。 当主控计算机决定提升油缸的下一步动作后，向所有液压泵站发出同一动作指令， 控制相应的电磁阀动作，实现所有提升油缸的动作一致，同时开( 闭) 爪动作、同 时伸缸、同时缩缸或同时停止。 ( 2 ) 在每个提升吊点处，各安装一台激光测距仪，用于测量各提升吊点的高度。 在提升过程中，设定某一点为主令点，其余点为跟随点。根据用户希望的提升速度 设定主令点的比例阀电流恒定，进而主令点液压泵站比例阀开度恒定，提升油缸的 伸缸速度恒定，主令点以一定的速度向上提升。其余跟随点通过主控计算机分别根 据该点同主令点的位置高差，来控制该点提升速度的快慢，以使该点同主令点的位 置高度跟随一致。现场网络控制系统将各激光测距仪的高度信号采集进主控计算机， 主控计算机通过比较主令点同各个跟随点的高度得出各跟随点与主令点的高差。如 果某跟随点与主令点的高差为正，则表示该跟随点的位置比主令点高，说明该跟随 点的提升油缸速度快，计算机在随后的调节中，就驱动降低该点提升油缸的比例阀 控制电流，减小比例阀的开度，降低提升油缸的伸长速度，以使该跟随点同主令点 的位置跟随一致。反之，如果某跟随点比主令点慢了，计算机控制系统就调节该项 点的提升油缸伸缸快一些，以跟上主令点，保持位置跟随一致。 匝靶恹器谢埝匿索取 _ 匝 o。遥坡魁索璐攫匿 o。趔馊魁蛭武裂翟骚o。培删魁索取埋番 3；：f删隶鬻裂魁 末裂令州 吲皋迥特二p臀堪一特埝h 江苏大学工程硕士学位论文 第三章主要技术方案的分析论证 3 1 提升器布置方案分析比较 3 1 1 提升器在烟囱外筒布置标高的选择：提升器布置标高选择即提升器支承 平台标高的选择，应与烟囱内外筒设计配合进行，主要考虑的因素有： 7 ( 1 ) 尽可能减小对烟囱外筒的影响，越低越好。选在0 0 m 基础上和选在最顶层 平台上，为影响最小和最大的两个极端，但提升器支承平台选得太低，则失去“提 升 的意义，最低应选在钢内筒静力重心以上。 ( 2 ) 利用烟囱永久平台，做到永临结合。为实现烟囱内外筒的支承和检修，一般 都设有若干层永久平台，例如2 2 6 m 、1 9 0 m 、1 5 0 m 、1 1 0 m 和7 5 m 均可供选择，不宜 为了提升器布置另设平台。 ( 3 ) 越高越有利于发挥提升的优势，越有利于减小钢内筒吊装过程的晃动，但最 高应以外筒能够承受为限度。因此吊装承重平台选择后，还应通过外筒承载能力验 算确定。 ( 4 ) 结合第二吊点选择，考虑钢绞线合理长度，应满足提升筒首并伸出外筒长度 的要求。 ( 5 ) 兼顾到施工电梯布置和承重平台吊装方便，选择非顶层平台较为有利。 综合以上因素，提升器布置标高宜靠近外筒筒顶，以次层平台作为吊装承重平 台较为有利，但应以外筒能够承受施工荷载为前提。 3 1 2 提升器在承重平台上的布置点数：提升器在承重平台上的布置点数涉及 到提升器的提升能力、提升器集群的效率。经初步统计，国内高度2 4 0 m ，直径4 5 至7 0 m 的钢内筒单筒重量在5 2 0 t 到7 0 0 t 之间：单只提升器的额定提升能力有5 0 t 、 1 0 0 t 、2 0 0 t 、3 0 0 t 、4 0 0 t 等多种，现有提升器集群布置完全能满足提升要求。提升器 集群的效率即总负荷与额定总提升能力的比值，其倒数即安全系数或安全裕度，目 前该项系数国内缺少研究和实践经验，在上海石洞口和外高桥电厂钢内筒液压顶升 倒装法施工中，3 只液压缸曾取6 7 ( 安全系数1 5 ) u 】，钢内筒液压提升倒装法的 技术条件优于液压顶升倒装法，根据j b j q 2 0 3 0 2 8 8 液压缸出厂试验标准，参考重型 起重机械使用经验，建议正常最低取值：单只提升器取9 0 ( 安全系数1 1 ) ，对称 江苏大学工程硕士学位论文 成组集群布置取8 0 ( 安全系数1 2 5 ) 。关于提升器的布置点数，圆形钢内筒有利于 提升器沿吊装孔均匀布置，二点布置不利于减小晃动，不利于侧向稳定：三点决定 一个平面，提升器布置在三角形的三个顶点上，能满足减晃的稳定要求，也有利于 提升器间均衡受力的相互调节，是较理想的、点数最少的布置形式；提升器柿置点 数越多，偏载可能性越大，故障几率增大，提升器发挥效率越低，越不经济，因此 在提升器提升能力足够的条件下，应尽量选择较少的布置点数，故推荐选择三点或 四点布置方案。从镇江电厂三期和利港电厂三期施工实践验证，单只钢内筒的最大 负荷( 提升最后一节时) 为6 0 0 t 时，选择4 只g y t - 2 0 0 ( i i ) 型液