矩陣和理化分析在火電廠撈渣機(jī)鏈條重排作業(yè)中的應(yīng)用

謝權(quán)，楊紅曦，李元

1.華電國際股份有限公司奉節(jié)發(fā)電廠，重慶，404600；2.中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司帕森斯鏈條公司漢辦，湖北武漢，430071；3.中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司帕森斯鏈條公司，河北張家口，075025

0 引言

華電國際電力股份有限公司奉節(jié)發(fā)電廠#2爐撈渣機(jī)于2016年12月13日采用德國著名鏈條。經(jīng)過5年半，每年大約3000小時(shí)的運(yùn)行后，出現(xiàn)了刮板左右偏斜的情況。根據(jù)2021年12月1日的觀察，爐前、爐后兩側(cè)鏈條最大偏差已經(jīng)達(dá)到兩個(gè)鏈環(huán)長度約272mm（2*136mm），嚴(yán)重影響撈渣機(jī)安全運(yùn)行。所幸該廠撈渣機(jī)尾輪相互分離，勉強(qiáng)還能維持運(yùn)轉(zhuǎn)。為了物盡其用，該廠于2022年5月26日至28日首次運(yùn)用矩陣原理，完成了鏈條重排，取得了很好的效果，基本消除了刮板偏斜給撈渣機(jī)運(yùn)行帶來的潛在危害和安全隱患。估計(jì)可延長使用壽命一年，為電廠節(jié)約十多萬元的費(fèi)用。本文結(jié)合華電奉節(jié)的重排作業(yè)實(shí)踐，對(duì)于矩陣在鏈條重排中的原理與應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1 鏈條重排中的矩陣原理

撈渣機(jī)鏈條系統(tǒng)由相同環(huán)數(shù)、首尾相連的兩根鏈條和布置其中的等距刮板組成。從數(shù)學(xué)上講，可以將整個(gè)鏈條系統(tǒng)看成是一個(gè)列數(shù)為2、行數(shù)為n的矩陣，也即Π(Πij)n2。鏈條重排工作，首先是將總矩陣Π(Πij)n2，根據(jù)刮板的傾斜程度，重新劃分為若干個(gè)子矩陣X(Xij)m2，其中X=A、B、C、D、E、F、G…。然后根據(jù)矩陣元素的測(cè)量結(jié)果，按照下列消除偏差的規(guī)則，重新排列組合矩陣的元素[1]。

無論子矩陣元素長度如何，調(diào)整后的矩陣遵循正矩陣同類誤差最小原理。即下列原則：①同一行元素長度差最??；②爐前列元素長度之和與爐后列元素長度之和相比誤差最?。虎劢y(tǒng)籌兼顧本矩陣與相鄰子矩陣的同列長度差互補(bǔ)，做到爐前側(cè)與爐后側(cè)整個(gè)鏈條長度差最小；④若出現(xiàn)四個(gè)元素長度分布為“三短一長”或者“三長一短”的情形，則需再行細(xì)分測(cè)量，找出鏈環(huán)節(jié)距突變的邊界，重新劃分子矩陣。

通過變換得到若干個(gè)偏差最小的新子矩陣X’=A’、B’、C’、D’、E’、F’、G’…，從而得到一個(gè)消除左偏右斜的總矩陣Π’(Π’ij)n2。

2 矩陣原理在奉節(jié)電廠#2爐撈渣機(jī)鏈條重排中的運(yùn)用

2.1 標(biāo)記分區(qū)

站在面向撈渣機(jī)上升段的操作平臺(tái)上，以平臺(tái)邊沿為尺度，連續(xù)觀察和比較刮板邊沿與該尺度的平行度誤差。以誤差為零、誤差最大的刮板作為分界線，將鏈條劃分為不同的區(qū)段。用彩色絕緣膠帶做好分組和區(qū)段標(biāo)記[2]。以誤差為零的刮板作為調(diào)整的起點(diǎn)。奉節(jié)電廠根據(jù)#2爐刮板傾斜變化，將鏈條劃分了三組10個(gè)區(qū)段。區(qū)段依次以大寫英文字母命名A、B、C…。對(duì)于不需要調(diào)整的區(qū)段，用黑色膠帶標(biāo)記，如圖1所示。

圖1 平臺(tái)上借助參照物對(duì)刮板傾斜狀態(tài)連續(xù)觀察與標(biāo)記

2.2 生成矩陣、元素測(cè)量與重排

在拆除需要調(diào)整區(qū)段的刮板之后，將A區(qū)段起點(diǎn)運(yùn)行到渣船內(nèi)水平段與上升段交界的導(dǎo)輪前。開始生成2×2矩陣、測(cè)量矩陣元素長度。首先清點(diǎn)區(qū)段總環(huán)數(shù)，確定矩陣元素環(huán)數(shù)，做好矩陣元素邊界標(biāo)記。然后對(duì)矩陣元素的長度進(jìn)行測(cè)量和記錄。并根據(jù)長度數(shù)據(jù)，按照矩陣調(diào)整原理，確定調(diào)整方案。方案經(jīng)過比較優(yōu)化之后，切割生成矩陣的元素，按照方案調(diào)整換位。A區(qū)段調(diào)整完畢之后，將B區(qū)段起點(diǎn)運(yùn)行到渣船內(nèi)水平段與上升段交界的導(dǎo)輪前。重復(fù)A區(qū)段的調(diào)整工作，直到所有區(qū)段調(diào)整完畢[3]。

2.3 調(diào)整效果對(duì)比

在標(biāo)記過程中觀察到，鏈條磨損程度波動(dòng)較大。在上升段觀察到的長度差，波動(dòng)在±0～2.5倍刮板厚度之間。推演到撈渣機(jī)尾部的長度差，波動(dòng)在±0～5倍刮板厚度之間，如圖2所示。說明即使處在同一側(cè)的鏈條，每個(gè)環(huán)的磨損程度都相差很大。

圖2 #2 爐尾部傾斜的刮板

根據(jù)調(diào)整完畢后尾部下行刮板的水平度觀察，局部最大誤差接近40mm，約為整個(gè)鏈條長度140m的萬分之2.85，低于允許誤差萬分之3.5的要求，如圖3所示。

圖3 #2 爐尾部刮板

3 鏈環(huán)外觀測(cè)量結(jié)果分析

為了評(píng)估鏈條的使用壽命，對(duì)重排過程中截取的鏈環(huán)進(jìn)行了測(cè)量，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 鏈條外觀測(cè)量結(jié)果及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（單位：mm）

從表中的測(cè)量數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出幾個(gè)方面的問題：①德國棒料屬于正公差棒料，平均直徑比公稱直徑34大1.23mm。如果在國內(nèi)按照此公差加工，需要特殊定制棒料。②按照德國鏈條350E的點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)，#2爐鏈條的平均壽命余量僅有0.65mm，鏈條耐磨層已磨損掉84.7%。根據(jù)滲碳鏈條后期加速磨損的特點(diǎn)，鏈環(huán)使用壽命也就是最多一年；部分鏈環(huán)最小壽命余量已為零，約將在半年之后達(dá)到點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)[4]。③擠壓損傷帶有受傷普遍性和程度隨機(jī)性特點(diǎn)。每個(gè)鏈環(huán)都帶有擠壓或者剮蹭損傷。最大擠壓損傷深度已達(dá)7.2mm，這一鏈環(huán)直臂已經(jīng)達(dá)到點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)；最小為0.4mm。這提示開排渣口和設(shè)置彈性清掃簾的必要性和迫切性。④節(jié)點(diǎn)磨損散差較大，提示不同鏈環(huán)節(jié)點(diǎn)處的表面至心部硬度分布存在差異。⑤按照德國鏈條350E的滲碳層技術(shù)指標(biāo)，對(duì)于平均直徑為35.23mm的棒料來說，當(dāng)節(jié)點(diǎn)直徑小于31mm時(shí)，節(jié)點(diǎn)硬度低于550HV，當(dāng)節(jié)點(diǎn)直徑小于29.6mm時(shí)，意味著節(jié)點(diǎn)滲碳層已消失。而測(cè)量數(shù)據(jù)中有94.4%的數(shù)據(jù)小于等于31mm，這也充分說明鏈條壽命已經(jīng)進(jìn)入最后階段。

4 奉節(jié)電廠鏈條理化性能測(cè)試及分析

燃煤電廠出渣鏈條一般經(jīng)過滲碳處理，其主要有表面硬度和不低于550HV硬化層深度兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)，分別代表著鏈條的耐磨性和磨損壽命。表面硬度越高，鏈條的耐磨性越好；不低于550HV硬化層深度越深，鏈條的磨損壽命越長。

為了進(jìn)一步分析引起刮板左右偏斜的原因與鏈條本身各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是否存在關(guān)聯(lián)，隨機(jī)選取6個(gè)鏈環(huán)試樣進(jìn)行理化性能測(cè)試，取樣樣品鏈環(huán)、鏈環(huán)上取樣位置如圖4中線段所示。

圖4 隨機(jī)抽取鏈環(huán)試樣情況及鏈環(huán)上取樣位置示意

4.1 顯微硬度測(cè)試

環(huán)1—環(huán)4是在鏈環(huán)頂部節(jié)點(diǎn)處取樣，切取下來試樣如圖5所示，測(cè)試方向?yàn)閺谋砻嬷列牟?，如圖5中實(shí)線箭頭和虛線箭頭所示。圖5中實(shí)線箭頭測(cè)試的起點(diǎn)為鏈環(huán)節(jié)點(diǎn)磨損最嚴(yán)重處，可以檢測(cè)出鏈環(huán)節(jié)點(diǎn)磨損最嚴(yán)重處耐磨層剩余情況；虛線箭頭的起點(diǎn)為鏈環(huán)節(jié)點(diǎn)無明顯磨損處，可以表征鏈環(huán)出廠時(shí)的狀態(tài)。環(huán)5與環(huán)6是在鏈環(huán)直臂部位取樣，切取下來試樣如圖6所示，由于環(huán)5與環(huán)6取自無明顯磨損的直臂部位，其表征為鏈環(huán)出廠時(shí)的狀態(tài)，與圖5中虛線箭頭意義一致[5]。

圖5 環(huán)1—環(huán)4 切取試樣圖片及顯微硬度測(cè)試方向示意

圖6 環(huán)5 與環(huán)6 切取試樣圖片及顯微硬度測(cè)試方向示意

4.1.1 無磨損位置硬度分布結(jié)果分析

所有試塊無磨損部位從表面至心部（圖5與圖6中虛線箭頭）的顯微硬度測(cè)試結(jié)果見表2。

從表2數(shù)據(jù)可以看出，6個(gè)鏈環(huán)的表面硬度為753.5～800.2HV，最多相差46.7HV，相對(duì)比較穩(wěn)定和均勻；所有6個(gè)鏈環(huán)試樣的≥550HV硬化層深度均為2.0mm左右，也比較均勻一致。查看表2數(shù)據(jù)可知，距離表面1mm和2.5mm處，各個(gè)鏈環(huán)的硬度值分別出現(xiàn)了不均勻現(xiàn)象，極差為87和86.9HV。

根據(jù)表2各個(gè)鏈環(huán)表面至心部硬度數(shù)據(jù)分析，該批鏈條表面硬度分布較均勻，因此鏈條使用初期不同鏈環(huán)的磨損速度應(yīng)較為一致，隨著磨損的增加，當(dāng)實(shí)際磨損深度至距離表面1mm和2.5mm處時(shí)，由于不同鏈環(huán)的硬度值相差較大，就會(huì)出現(xiàn)磨損速度不一致的情況，硬度偏低的鏈環(huán)磨損速度快，其表象就是該鏈環(huán)附近刮板出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象。當(dāng)?shù)陀捕孺湱h(huán)隨機(jī)分布時(shí)，刮板左右偏斜現(xiàn)象也是隨機(jī)分布，這與實(shí)際現(xiàn)象相符。

表2 顯微硬度測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4.1.2 節(jié)點(diǎn)位置硬度分布結(jié)果分析

環(huán)1—環(huán)4磨損最嚴(yán)重的節(jié)點(diǎn)部位表面至心部（圖4中紅色箭頭）的顯微硬度測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 節(jié)點(diǎn)位置殘余表面硬度

從表3實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，所有鏈環(huán)節(jié)點(diǎn)磨損最嚴(yán)重處的表面硬度只有300HV左右，此處的耐磨層已完全消失。按德國鏈條廠家樣本中給出的34×126 350E出渣鏈的技術(shù)參數(shù)，結(jié)合實(shí)際測(cè)試硬度結(jié)果，鏈條節(jié)點(diǎn)處表面不低于550HV硬化層，實(shí)際剩余情況截面示意圖如圖7所示。

圖7 鏈條節(jié)點(diǎn)處剩余硬化層深度示意

4.2 化學(xué)成分檢測(cè)

分別對(duì)顯微硬度測(cè)試后的試塊進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，成分檢測(cè)結(jié)果見表4。

表4 棒料原子光譜成分分析結(jié)果（單位：%）

從表4化學(xué)成分結(jié)果可以看出，4個(gè)鏈環(huán)的化學(xué)元素種類和含量均較為一致，可以認(rèn)定是同一爐號(hào)鋼材。經(jīng)對(duì)比有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，該鏈條所用鋼材為專用的滲碳鋼，符合滲碳出渣鏈的技術(shù)要求。

5 結(jié)論

根據(jù)目前鏈條本身硬度波動(dòng)大的情況，此次鏈條重排之后，經(jīng)過半年左右的使用，可能又會(huì)出現(xiàn)刮板明顯左偏右斜的情況。再次重排，可能需要在原來劃分的區(qū)段基礎(chǔ)上，再次細(xì)分為20個(gè)區(qū)段進(jìn)行調(diào)整，需要消耗大量的接鏈環(huán)和人力。而且在子矩陣的劃分過程中，很有可能會(huì)出現(xiàn)新舊子矩陣重疊、調(diào)整無效的情況。因此，無論從技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)角度，不建議再次組織鏈條重排工作。