溪洛渡水電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解析

董萬里，賈鑫，趙爽，陳洪陽

(溪洛渡水力發(fā)電廠，云南永善657300)

1 概述

溪洛渡左、右岸地下廠房內(nèi)各裝有2臺(tái)跨度為28.0m、起重量均為1000t+100t三梁主/副小車橋式起重機(jī)，擔(dān)負(fù)電站18臺(tái)單機(jī)額定容量770MW巨型水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的安裝、運(yùn)行維護(hù)和檢修的吊裝任務(wù)。

廠房內(nèi)橋式起重機(jī)同軌同層布置在EL.391.00高程，大車軌道為QU120軌道，此軌道對(duì)應(yīng)參數(shù)為軌高170mm、頂寬120mm、頂下寬129mm、底寬170mm。右岸軌道全長386m,左岸全長383m。

2 故障現(xiàn)象

2.1 發(fā)現(xiàn)過程

監(jiān)護(hù)人員在橋機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行約8個(gè)月左右時(shí)發(fā)現(xiàn)右岸1號(hào)橋機(jī)下游側(cè)大車行走左一車輪內(nèi)側(cè)行走軸承損壞，隨后在檢查其他車輪時(shí)發(fā)現(xiàn)右岸2號(hào)橋機(jī)下游側(cè)大車行走右五車輪內(nèi)側(cè)行走軸承有相似損壞情況。

2.2 故障特點(diǎn)

經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地檢查觀測(cè)，橋機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)車輪軸承現(xiàn)場損壞情況主要呈現(xiàn)以下4個(gè)特點(diǎn)。

(1)右岸1號(hào)橋機(jī)車輪軸承損壞情況:軸承滾珠碾碎、滾珠保持架損壞、軸承內(nèi)外圈損壞。右岸2號(hào)橋機(jī)車輪軸承損壞情況:軸承滾珠個(gè)別碾斷、滾珠保持架損毀、軸承內(nèi)圈損毀，其余未發(fā)現(xiàn)明顯損壞痕跡。

(2)此次損壞的兩臺(tái)橋機(jī)大車行走軸承均為下游內(nèi)側(cè)，屬同側(cè)。

(3)根據(jù)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)橋機(jī)均是上游側(cè)(導(dǎo)向側(cè))車輪外緣貼緊軌道，下游側(cè)(非導(dǎo)向側(cè))車輪內(nèi)緣貼緊軌道。

(4)下游側(cè)(非導(dǎo)向側(cè))車輪內(nèi)緣有不同程度的啃軌現(xiàn)象。

3 故障分析

3.1 車輪軸承特點(diǎn)

此次損壞軸承為雙排調(diào)心滾子軸承，型號(hào)為23238CA-W23，主要承受徑向載荷，同時(shí)也能承受一定的軸向載荷，有較高的徑向載荷承載能力，特別適用于重載或振動(dòng)載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。該軸承有兩列對(duì)稱型球面滾子，外圈有一條共用的球面滾道，內(nèi)圈有兩條與軸承軸線傾斜一定角度的滾道，具有良好的調(diào)心性能，當(dāng)軸受力彎曲或安裝不同心時(shí)軸承仍可正常使用，調(diào)心性隨軸承尺寸系列不同而異，一般所允許的調(diào)心角度為1°～2.5°。

下頁圖1為橋機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)車輪內(nèi)部裝配圖。

3.2 設(shè)計(jì)工作狀況

車輪與軌道的間隙在設(shè)計(jì)上為定值，導(dǎo)向側(cè)車輪踏面寬140mm，非導(dǎo)向側(cè)車輪踏面寬160mm，軌道寬120mm。在理想狀態(tài)下，車輪位于軌道中間位置，且軌距等于輪距時(shí)，導(dǎo)向側(cè)車輪與軌道兩邊間隙均為10mm，非導(dǎo)向側(cè)車輪與軌道兩邊間隙均為20mm。

圖1 橋機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)車輪內(nèi)部裝配圖

橋機(jī)正常行走時(shí)，車輪很難保證在軌道中間行走，導(dǎo)向側(cè)車輪會(huì)有一邊貼緊軌道，起導(dǎo)向作用。在導(dǎo)向側(cè)車輪外側(cè)靠緊軌道時(shí)，橋機(jī)整車會(huì)向下游側(cè)移動(dòng)10mm，導(dǎo)致非導(dǎo)向側(cè)車輪內(nèi)側(cè)與軌道的間隙減小至10mm。

輪距的設(shè)計(jì)要求是28000±4mm；按國標(biāo)要求的計(jì)算公式，軌距安裝要求應(yīng)達(dá)到28000±7.5mm；從設(shè)計(jì)上最不利的情況考慮:當(dāng)橋機(jī)導(dǎo)向側(cè)(上游側(cè))車輪外側(cè)貼緊軌道，即車輪向下游側(cè)平移10mm，橋機(jī)跨距取最大正誤差+4mm，軌道軌距取最大負(fù)誤差-7.5mm時(shí)，非導(dǎo)向側(cè)車輪內(nèi)側(cè)與軌道之間的間隙為A:

此時(shí)非導(dǎo)向側(cè)車輪與軌道間隙為負(fù)值，車輪軸承受軸向壓力，可能導(dǎo)致軸承損壞。說明橋機(jī)制造誤差與軌道安裝誤差必須統(tǒng)籌考慮，做到系統(tǒng)的公差配合，才能減少故障的發(fā)生。

3.3 軌距及輪距分析

(1)輪距分析:橋機(jī)跨度測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果為正誤差，為28000+3mm～28000+5mm。

(2)軌距分析:軌道為2009年2月安裝完成進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收數(shù)據(jù)為28000-3mm～28000+2mm，軌道驗(yàn)收合格。

由于巖錨梁的變形，橋機(jī)在2010年1月安裝前主安裝間一段橋機(jī)軌道跨距為28000-3mm～28000+1mm。橋機(jī)安裝前安裝間軌道合格(機(jī)組段由于巖錨梁施工不具備測(cè)量條件，未作測(cè)量)。

圖2 故障發(fā)生后軌道測(cè)量數(shù)據(jù)

故障現(xiàn)象發(fā)生后，測(cè)量人員對(duì)軌道中心距離進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)如圖2。

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分析軌道中心偏差如表1。

表1

根據(jù)測(cè)量結(jié)果可以看出部分?jǐn)?shù)據(jù)超出標(biāo)準(zhǔn)。其中15號(hào)機(jī)處軌道軌距為28000-11mm。

根據(jù)安全監(jiān)測(cè)中心提供的檢測(cè)成果，從軌道安裝時(shí)間2009年2月到2011年3月右岸巖錨梁變形局部變化量最大為6.8mm(12號(hào)機(jī))，巖錨梁的變化引起軌道局部變化量增大，此處軌道軌距為28000-7.8mm。

3.4 重載后變形分析

(1)收集數(shù)據(jù)

橋機(jī)安裝前后及負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)測(cè)量的橋機(jī)主梁上拱度數(shù)據(jù)見表2:

表2 單位:mm

(2)計(jì)算

主梁上拱變化模型示意圖如圖3:

圖3 主梁上拱變化模型示意圖

主梁在安裝主小車前的測(cè)量數(shù)據(jù)不參與本次計(jì)算。由于主梁和車輪是剛體連接，我們近似認(rèn)為主梁在受載變形的角度變化引起了車輪角度的變化。即如圖所示∠1與∠2的變化就體現(xiàn)了車輪角度變化∠β。

主梁長度為29200mm，即弦長為29200mm。上拱度X為26mm,相差1123倍，為了計(jì)算弦長的變化量，將主梁實(shí)際圓弧近似為兩段直線，組成兩個(gè)三角形，利用余弦定理來計(jì)算角度。

在得到大車行走機(jī)構(gòu)車輪的變化角度后，根據(jù)圖紙，大車行走機(jī)構(gòu)行走臺(tái)車與主梁聯(lián)接軸的中心線至軌道踏面的距離為1200mm。我們近似一個(gè)模型，以聯(lián)接軸為圓點(diǎn)，以1200mm為半徑，以∠β為圓心角，來估算大車車輪橫向運(yùn)動(dòng)的位移長度。

tan∠1=X/(A/2),tan∠2=X1/(A/2),∠β=∠1-∠2；轉(zhuǎn)換成弧度，∠β1=(∠β/180)×π；m=1200×∠β1。計(jì)算結(jié)果見表3:

表3

(3)結(jié)論

從表3數(shù)據(jù)可以看出主梁在受到999.24t負(fù)載后，大車行走機(jī)構(gòu)車輪垂直度的變化量最大為0.10203°，大車行走機(jī)構(gòu)大車車輪橫向位移均在2mm左右，最大為2.1358mm。

3.5 故障分析結(jié)論

綜上所述，車輪與軌道間隙A=20-10-5-7.8-2.1358=-4.9358mm。

車輪與軌道間隙為負(fù)值，必然發(fā)生啃軌現(xiàn)象，車輪軸承受到一定的軸向力。當(dāng)橋機(jī)起吊重物時(shí)，主梁因荷載下?lián)献冃?，車輪與軌道之間的間隙會(huì)進(jìn)一步縮小，這就加大了非導(dǎo)向側(cè)車輪調(diào)心滾子軸承的軸向荷載，當(dāng)長時(shí)間超出軸承軸向額定荷載極限時(shí)，軸承疲勞損壞，出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象。

4 后續(xù)改進(jìn)措施

4.1 巖錨梁未來變形預(yù)測(cè)分析情況

軌道軌距偏差變化與巖錨梁的變形有一定關(guān)系。后續(xù)措施需加強(qiáng)巖錨梁變形觀測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)人員預(yù)測(cè)結(jié)果:2011年2月～2014年2月期間，左岸最大位移增量為1.35mm，位于安裝間上游392.5m高程，上下游最大累計(jì)變化量為1.85mm。右岸最大位移增量為2.88mm，位于18號(hào)機(jī)組上游385.5m高程，上下游最大累計(jì)變化量為3.64mm。

4.2 橋機(jī)軌道調(diào)整

根據(jù)GB10183對(duì)橋機(jī)軌道安裝規(guī)范要求，跨度為28m時(shí)，允許軌道軌距偏差為±7.5mm，兩軌道相對(duì)標(biāo)高偏差＜10mm，沿長度方向在垂直平面內(nèi)的彎曲，每2m測(cè)量長度內(nèi)不得大于2mm。橋機(jī)輪距為正誤差5mm，根據(jù)監(jiān)測(cè)人員對(duì)巖錨梁未來3年的變化趨勢(shì)的分析，按照國標(biāo)要求和實(shí)際情況，建議對(duì)軌道跨距調(diào)整為28005+2.5mm。

5 總結(jié)

通過對(duì)此次故障的充分分析，溪洛渡建設(shè)者提出了具有針對(duì)性的解決方案:即對(duì)軌道進(jìn)行調(diào)整及進(jìn)一步加強(qiáng)橋機(jī)運(yùn)行維護(hù)。截至目前，溪洛渡電站主廠房橋機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無故障運(yùn)行800余天，為溪洛渡電站發(fā)電設(shè)備安裝做出巨大貢獻(xiàn)，也為國內(nèi)外同類型地下廠房大跨度橋機(jī)設(shè)計(jì)運(yùn)行安裝提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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