水轮发电机组转轮室混凝土拆除执行前端及其使用方法与流程

本发明涉及大型水轮发电机组改造施工高端装备领域，主要涉及水轮发电机组转轮室混凝土拆除执行前端及使用方法，适用于水轮发电机组转轮室混凝土的拆除施工。

背景技术：

1、某大型水电站170mw机组改造过程中，需要对原有转轮室二期混凝土进行拆除，其转轮室壳体内径最小位置尺寸为11.00米，拆除要达到的最大外径为13.5米，顶部个别位置最大直径达到14.6米。破碎区域高度范围为6.16米，底部标高 32.8米。目前，行业内通常采用的拆除施工方式主要为人工机械方式，如使用风镐、凿岩机、液压劈裂机等机械设备，该方式效率低、临空作业风险大，且粉尘、噪声大，存在职业健康风险，面对大尺寸转轮室混凝土拆除，该方式投入人力大、工期长，难以满足大型水轮机组改造的现场施工需求。

2、针对人工拆除作业的难题，中铁科工集团轨道交通装备有限公司，于2021年4月在《施工技术》中，公开了论文：高压水射流破拆转轮室专用机械设计及施工工艺研究，针对转轮室结构形式结合高压水射流进行混凝土破拆，设计了高压水射流专用破拆机械进行转轮室混凝土破拆施工作业。高压水射流破拆专用机械分为承载平台、破拆机器人、起升吊运设备及附属设备等，承载平台与固定导叶上方的座环上法兰面相连接，承载设备整体重量。承载平台的中间支撑连接柱连接下方升降平台，高压水射流破拆机器人则在升降平台上工作，起升吊运设备放置在承载平台上，用以提升升降平台与吊运渣土，其他附属设备包括高压水射流发生装置、通风装置等也放置在承载平台上。此专用机械在具体使用过程中，存在的问题为：其高压射流破拆机器人自由度不够，只能对转轮室混凝土进行径向拆除，无法进行轴向拆除作业，同时径向拆除作业的角度有限，转轮室混凝土不仅厚度大，而且强度还非常高，径向切割的混凝土与基体依然成整体结构，需要借助风镐等工具逐个拆除，不仅施工效率低，更严重的是易造成混凝土拆除界面区域（不拆除部分）混凝土损坏。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：解决上述背景技术中存在的问题，提供一种水轮发电机组转轮室混凝土拆除执行前端，能够对转轮室混凝土进行径向和轴向的拆除，施工效率高，并且不会造成混凝土拆除界面区域的损坏。

2、本发明要解决的另一技术问题是：提供一种所述水轮发电机组转轮室混凝土拆除执行前端的使用方法。

3、水轮发电机组转轮室混凝土拆除执行前端，它包括变径模块、旋转模块、角度调整模块、横移模块、左右摆动模块、上下摆动模块以及高压喷枪，所述旋转模块下端安装在变径模块的活动端，旋转模块的上端与角度调整模块安装连接，横移模块安装在角度调整模块的上侧，左右摆动模块安装横移模块上，上下摆动模块安装在左右摆动模块上，高压喷枪安装在上下摆动模块上；所述变径模块能够带动旋转模块径向伸缩运动，旋转模块能够带动角度调整模块环向圆周转动，角度调整模块能够带动横移模块上下摆动，横移模块能够带动左右摆动模块横向左右运动，左右摆动模块能够带动上下摆动模块左右往复摆动，上下摆动模块能够带动高压喷枪上下往复摆动。

4、所述变径模块包括中心支架、第一滑板、第二滑板以及第一驱动装置，所述中心支架的两侧分别设有滑槽，第一滑板和第二滑板分别与两侧的滑槽滑动连接，中心支架的底部安装有所述第一驱动装置，第一驱动装置的输出轴伸入到中心支架内，第一驱动装置的输出轴在位于中心支架内安装有齿轮，所述第一滑板和第二滑板靠齿轮一侧分别安装有齿条，齿条与齿轮啮合传动。

5、所述滑槽由两个槽型件构成，两个所述槽型件的凹槽上下相对地安装在中心支架的侧面。

6、所述旋转模块包括支撑座和旋转座，所述支撑座下端与变径模块的第二滑板安装固定，支撑座上端安装有所述旋转座，所述旋转座包括壳体，壳体下侧与支撑座安装固定，壳体内部转动限位地安装有涡轮，壳体一侧转动地安装有蜗杆，蜗杆与涡轮啮合传动，第二驱动装置安装在壳体上与蜗杆连接传动，所述角度调整模块安装在涡轮的上侧面。

7、所述角度调整模块包括底板和安装在底板上的转动机构，所述转动机构包括安装在底板两侧的固定支座，两侧的固定支座上通过支撑销轴安装有摆臂，所述摆臂包括支撑套，支撑套的两端分别设有第一支臂，支撑套的中部设有第二支臂，第一支臂和第二支臂之间构成夹角，第一支臂与横移模块安装连接，第二支臂与第三驱动装置连接，所述第三驱动装置为液压油缸，底板远离所述摆臂一侧安装有支座，第三驱动装置的缸体与支座铰接，活塞杆与第二支臂铰接。

8、所述横移模块通过快装板与第一支臂连接，所述快装板与横移模块连接固定，快装板的下侧设有钩槽，快装板上远离沟槽的一侧设有第一销孔，所述第一支臂上设有与第一销孔对应的第二销孔，以及和钩槽配合的第一销轴，快装板的沟槽钩挂住第一支臂上的第一销轴，第一销孔与第二销孔通过快拆销轴连接。

9、所述横移模块包括方导轨和滑座，方导轨上安装有固定齿条，滑座包括滑动板、滑轮以及第四驱动装置，四个所述滑轮转动地安装在滑动板的底部，并两两分布在方导轨的两侧，第四驱动装置安装在滑动板上，第四驱动装置的输出轴安装有齿轮，齿轮与固定齿条啮合传动；所述滑轮为与方导轨配合的v型轮，两侧的滑轮夹持方导轨相对的两个棱。

10、所述左右摆动模块包括滑块和伸缩板，所述滑块下侧与横移模块的滑动板转动连接，伸缩板导向滑动地安装在滑块内，伸缩板一端与连杆的一端铰接，连杆位于伸缩板的下方，滑动板的下侧安装有第五驱动装置，第五驱动装置的输出轴向上伸出滑动板后，与连杆的另一端固定连接，所述伸缩板的另一端上侧安装有所述上下摆动模块。

11、所述上下摆动模块包括铰座，铰座下侧与所述左右摆动模块的伸缩板安装固定，铰座的内侧下方转动地安装有摆动座，所述高压喷枪与摆动座安装固定，铰座的内侧上方安装有第六驱动装置，第六驱动装置的输出轴伸出铰座，第六驱动装置的输出轴上安装有偏心轴，摆动座位于偏心轴的一侧伸出铰座，摆动座伸出铰座的一端与摆动板的一端固定连接，摆动板的另一端设有腰圆孔，腰圆孔套装在偏心轴外。

12、水轮发电机组转轮室混凝土拆除执行前端的使用方法，包括以下步骤：

13、步骤1：将下环形轨道在转轮室下侧尾水管锥管段适当位置进行拼装焊接，将上环形轨道在水轮发电机组转轮室上侧固定导叶处拼装焊接，升降塔两端分别滑动地安装在上环形轨道和下环形轨道上，升降塔通过上环形轨道和下环形轨道作圆周转动，将升降模块安装在升降塔上。

14、步骤2：依次安装变径模块、旋转模块、角度调整模块、横移模块、左右摆动模块、上下摆动模块以及高压喷枪，其中，变径模块的第一滑板与升降模块安装固定，旋转模块的支撑座与变径模块的第二滑板安装固定，角度调整模块的底板安装在旋转模块的涡轮上，角度调整模块通过快装板与横移模块的方导轨安装连接，左右摆动模块安装在横移模块的滑动板上，上下摆动模块安装在左右摆动模块的伸缩板上，高压喷枪固定安装在上下摆动模块的摆动座上。

15、步骤3：将第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置分别通过液压油管与液压站的液压阀组连接，液压站对各驱动装置进行单独控制，将高压喷枪的接口端通过高压水软管与高压水泵站连接，液压站和高压水泵站与电源电连接；其中，第一驱动装置为涡轮蜗杆减速机，第一驱动装置通过第一液压马达驱动，第二驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置均为液压马达，第三驱动装置为液压油缸。

16、步骤4：通过液压站控制升降塔运行，升降塔转动至转轮室需要拆除位置的轴线上，同时升降模块在升降塔运行，将高压喷枪调整至待拆除混凝土的合适高度，然后液压站控制第一驱动装置或者第四驱动装置动作，调整高压喷枪与待拆除混凝土之间的靶距，液压站控制第二驱动装置或者第三驱动装置动作，调整高压喷枪与待拆除混凝土之间横向角度和纵向角度。

17、步骤5：通过液压站设定横移模块的左右限位与运动速度以控制高压喷枪的拆除范围与行走速度，高压水泵站启动，将高压水通过高压水软管输送至高压喷枪，高压喷枪即可对待拆除混凝土按预设路径高压水往复喷射拆除；其中，第六驱动装置正反转动驱动高压喷枪在工作时上下往复摆动。

18、步骤6：当对该段水平区域的内圆周面达到拆除效后，第三驱动装置的活塞杆伸出使高压喷枪向下旋转90°，或者第二驱动装置驱动旋转模块向左旋转90°，对待拆除混凝土的上侧面或者右侧面进行切割拆除；

19、步骤7：将待拆除混凝土的一周拆除后，通过设定升降模块将高压喷枪向上或向下移动至下一个拆除水平区域，再重复步骤4-5，使高压喷枪在指定区域进行连续作业。

20、本发明具有如下有益效果：

21、变径模块能够带动旋转模块径向伸缩运动，旋转模块能够带动角度调整模块环向90°转动，角度调整模块能够带动横移模块上下90°摆动，横移模块能够带动左右摆动模块横向左右运动，左右摆动模块能够带动上下摆动模块左右往复摆动，上下摆动模块能够带动高压喷枪上下往复摆动。通过上述结构，结构自由度高，能够对转轮室混凝土进行径向、轴向及其他多角度拆除，高压喷枪同时在左右摆动模块和上下摆动模块的作用下，高压水单次拆除作用面更广，拆除更充分，施工效率高，高压水拆除工艺下拆除界面区域不会形成混凝土裂纹，并且通过合理调整作业方向和角度能够更利于精准控制拆除界面，减少混凝土超欠挖现象的出现，不会造成混凝土拆除界面区域的损坏。