球阀以其低流阻、密封性能好、能承受高水头压力等优势广泛应用于蓄能水电厂机组的主进水口中。在对球阀下游密封、机组转动部分、尾水管等部件进行检修时，投退上游密封机械锁锭的操作成为安全措施中的关键一环。
当前，投退操作多为使用普通扳手的人力操作。由于球阀具有较为庞大的外形结构，运行人员不得不在离地2~4m高的地方操作。同时，球阀表面的机械锁锭比较短，需要大力矩才能投退，劳动强度极大，壮年员工需要休息2次才能完成投退。蓄能水电厂机组常建于山体内，空间极其有限，且球阀附近分布有较多检测、控制、保护元件。锁锭均布置于球阀进水口与高压平洞的连接处，投退操作需要贴于球阀表面才能进行。由于缺乏防脱手装置，一旦发生工具坠落，极易误碰撞元器件或造成人员伤害。
以加力扳手、棘轮扳手、扭力扳手为代表的现代人力扳手和以气动扳手、液压扳手、电动扳手为代表的现代驱动扳手，为投退工具大扭矩、便携化、精密化的实现提供了重要手段。投退工具配备需综合考虑工具特点、动力源、维护等定性问题，属多准则、多目标决策问题，当前尚无专门针对上游密封机械锁锭投退工具配备方案的研究。因此，探索并决策新的投退工具，规避操作风险，提高工作效率显得十分重要。
经典的决策方法如马尔科夫决策法仅利用影响待决策问题的量化信息进行求解，对决策中的定性因素缺乏考虑，在实际应用中难以令人满意。模糊数学和区间数学分别利用隶属函数和区间刻画决策问题，使决策得以计及模糊因素和定性因素。而在多准则、多目标问题的处理上存在不足。层次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）将多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题分解为目标、准则、方案等层次，利用判断矩阵量化定性因素，适用于难于准确量化而又需在有限待选方案中寻优的课题研究。
本文结合上游密封机械锁锭投退工作的需要，就工具特点、动力源、维护等方面，对现代人力扳手和现代驱动扳手进行全面综述，运用AHP研究决策适用的投退工具，为蓄能水电厂上游密封机械锁锭投退工具的配备提供方案。
1.现代人力扳手
加力扳手也称为增力扳手，其实质为力矩放大器，即运行人员只需较小的力就可以获得4~70倍的输出力矩，从而完成大扭矩的输出和锁锭的投退。加力扳手由短柄棘轮扳手、防弹锁、力矩倍增器、反力臂支爪以及套筒扳手组成，用于紧固和拆卸大直径螺栓螺母。棘轮扳手的操作端和操作杆可旋转连接，可旋转置于狭窄空间进行操作。在需要控制所施加的力矩大小以保证投退不至于因力矩过大破坏螺纹的工况时，可采用扭矩扳手。扭矩扳手也叫扭力扳手或力矩扳手。当扭矩扳手达到所设定的扭矩值时通常会发出“咔嚓”声，表示已达到所设定的力矩。因此，扭矩扳手也可作为一种测量扭力值的量具。数显式扭矩扳手则为电子技术在扭矩扳手的应用。
3种现代人力扳手对比见表1。棘轮扳手、扭矩扳手与加力扳手相比，由于没有力矩倍增器，因而缺少“加力”功能。然而实际投退操作中，只有在操作始末即拧开锁锭和拧紧锁锭时，才需要提供大力矩。大力矩在人力可接受范围内，由棘轮扳手和扭矩扳手也可获得。虽然加力扳手可以在操作始末省力地输出大力矩，但却大大增加了投退操作所需转动的圈数，反而增加了操作的工作量。此外，人力操作下输出力矩过大破坏锁锭螺纹的可能性不大，扭矩扳手力矩控制功能的意义不大。结合表1对比项，构建的以最适用的现代人力扳手为目标层决策的层次结构见图1。
表1 现代人力扳手比较
图1 决策最适用的现代人力扳手的层次结构
运用1~9标度法对准则层与目标层的各元素的重要性依次进行两两比较，构造的判断矩阵Bλ
（1）
用和积法计算Bλ的最大特征向量，归一化后得Wλ1
Wλ1=[0.24 0.09 0.06 0.26 0.38]T （2）
式中，T为矩阵转置。
验算得Bλ的随机一致性比率CR（ConsistencyRatio）为0.063，符合一致性。逐层计算得出3种现代人力扳手对目标层的权重Wλ
Wλ=[0.29 0.39 0.31]T （3）
计算可知，棘轮扳手的权重最大。因此，棘轮扳手比较适合作为上游密封机械锁锭的投退工具。
2.现代驱动扳手
2.1 气动扳手
气动扳手主要依靠高压气泵等持续动力源，驱动带有3层或更多周转齿轮的扭矩倍增器加速旋转，通过瞬间撞向出力轴获得较大的力矩输出。作为一种以较小的能耗提供高扭矩输出的工具，气动扳手多为棘轮板手与电动工具的结合。气动扳手不仅可以提供脉冲输出，还可通过调整气体压力实现对输出扭矩的调整，进而提供精确的扭矩输出。
根据能否提供定扭矩输出功能，可将气动扳手分为两类，一类是常规的气动冲击扳手，另一类是脉冲气动扳手，前者不能定扭矩，后者可以。后者也称为气动扭矩扳手。气动扭矩扳手由于配备有扭矩传感器，可在获得所需的扭矩后，通过内部回路系统以手动或自动的方式关闭气源。
气动扳手的结构较人力扳手复杂，其使用与维护的内容也较人力扳手多。不仅不能在现场不清洁处拆卸，还要在使用前检查是否有机件缺少或损坏；套头是否完全套住螺母（螺钉槽），套头联接是否已用特制销钉联接并密封以胶圈，如果没有则禁止使用；装卸气动扳手套头或清洗气动扳手时，均不允许带气压进行。为防止机械过早磨损，使用时也不允许超负荷或高速空转；如发现二次冲击或需要立即停止检查时，应及时检修。
气动扳手的保养也要求所用的气源需与气动扳手相匹配，除保持气源洁净及扳手的外观清洁外，还需在使用前后对其加以润滑。与其他精巧的工具一样，气动扳手也要求轻拿轻放，避免碰撞或跌落。同时，还应定期校验扳手精准度和灵敏度。
值得注意的是，如果检修或工作现场长期配有检修供气的管路和接口，可考虑从检修供气中取气，经气压调整装置调整后给气动扳手提供合适的动力源，可减少气泵的投资及相应的维护工作。
2.2 液压扳手
液压扳手是液压扭矩扳手的简称。液压扳手以其使用方便，能提供重复精度达±3%左右的扭矩等优点，而广泛用于M14~M120等大规格螺栓的装拆。液压扳手整套系统由液压扳手、液压泵站、高压软管、套筒组成。其原理为液压泵站输出的油压经高压油管到达液压扳手的油缸，再通过内部的传动机构驱动液压扳手的驱动轴或套筒转动来做功。液压泵站有电动和气动两种驱动方式。
液压扳手有驱动式液压扳手和中空式液压扳手。驱动式液压扳手是由驱动轴带动相应规格套筒来实现锁锭的投退；而中空式液压扭矩扳手则是配备过渡套才能使用。驱动式液压扭矩扳手的优势在于在扭矩范围允许的情况下，可根据锁锭的尺寸替换相应的高强度套筒来完成投退，可作为通用液压扳手，具有较广的适用范围。中空液压扳手所能投退锁锭的规格仅取决于过渡套的规格，适用于锁锭伸出较长、双锁锭、锁锭间距小等工况。
液压扳手需要重点维护的部件主要有旋转接头、高压胶管和液压泵，除定期清洁、保证油质、除锈、防堵等，使用中还需注意控制压力，避免在进行预紧时超压使用。
2.3 电动扳手
电动扳手通常以电源或电池为动力，具有使用寿命长、手柄和机壳材料散热性好、输出功率大、耐撞击性强、性价比高的特点。电动扳手主要有冲击电动扳手、电动扭剪扳手、电动定扭矩扳手、电动转角扳手和电动角向扳手5种。
冲击电动扳手主要用于初紧锁锭，使用较为简单，只需对准锁锭扳动电源开关即可。电动扭剪扳手主要用于终紧扭剪型高强锁锭，即对准锁锭扳动电源开关，直至把扭剪型高强螺栓的梅花头打断为止。电动定扭矩扳手则既可用于初紧，又可用于终紧，使用时需先调节扭矩，再紧固锁锭。电动转角扳手的使用方法是先调节旋转度数，再紧固锁锭。电动角向扳手则是一种专门用于紧固钢架夹角部位螺栓的电动扳手，使用方法和电动扭剪扳手一样。
电动扳手在使用过程中，需检查所接电源是否满足铭牌上的接入要求，金属外壳应可靠接地，宜接入漏电保护等用电保护装置。操作及送电前应确认电动扳手上的开关处于断开状态，并找好反向力矩支靠点，避免反作用力伤人。使用过程中若发现电动机出现异常时，应立即停止工作进行检查。
3 工具配备方案
理想的上游密封机械锁锭投退工具不仅要满足狭窄空间的作业要求，使运行人员可以以较为容易发力的姿势完成投退操作，还应具有可以接受的质量，以规避运行人员在操作过程中工具脱手的风险。电厂工具的配备侧重考虑工具特点、动力源、维护等方面与实际工作需要的契合程度。现代人力扳手和现代驱动扳手都有足够的力矩操作投退上游密封机械锁锭。各现代扳手性能对比见表2，可根据蓄能水电厂的现场情况选用合适的配备方案。由于液压扳手需另外配置液压泵等液压动力系统，与气动和电动动力源相比，维护保养工作量大。此外，液压扳手的使用也不如其他现代驱动扳手那么轻便。因此，液压扳手不列入工具的备选方案中。各推荐方案见表3。
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表3 方案对比
气动扳手和电动扳手的动力源可以考虑从机组的检修气源和检修电源中获取。方案二可在电厂检修用气接口上增加气压调整装置（如减压阀），将低压气引至气动扳手，作为气动扳手的动力源。在适当增加维护保养工作量的前提下，提高投退的效率，减轻运行人员的操作负担。
与方案一相比，气动扳手和电动扳手都具有较高的投退效率，还有轻便易用的优点。由于电动扳手内置有电动机，使得相同功率的气动扳手的质量比电动扳手小，外形也小一点。与方案三比较，方案二更适合在狭窄空间中作业。同时，气动扳手组件相对较为紧凑，其维护保养的工作量也比电动扳手小。如果厂房内不具备另设给气动扳手的检修用气条件时，也可考虑选用方案三。
与现代驱动扳手不同，方案一由于采用棘轮扳手为人力驱动，免维护，不会因为在厂房新增液压、气动、电动动力源而滋生新的操作风险，一定程度上可缓解运行人员的工作强度。
结合表3对比项，构建的层次结构见图2。依次对准则层与目标层、方案层与准则层的各元素的重要性进行两两比较，构造得判断矩阵Bγ
图2 决策最适用的现代扳手的层次结构
验算得Bγ的随机一致性比率CR为0.008，符合一致性。逐层计算3种方案的目标权重Wγ
Wγ=[0.54 0.24 0.22]T （5）
计算可知，方案一的权重最大。因此，棘轮扳手较适合作为上游密封机械锁锭的投退工具。
4.结论
本文结合蓄能水电厂球阀上游密封机械锁锭投退工作的实际，就现代人力扳手和现代驱动扳手的特点、动力源、维护等方面进行了全面综述。运用AHP，决策提出了配备棘轮扳手和气动扳手作为投退工具的方案，在实际操作中有效规避了操作不便、劳动强度大、工具坠落等风险。