滑輪變比法在水電站橋式起重機(jī)載荷試驗(yàn)中的應(yīng)用

郭東楷，史恩澤

(1.遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118000；2.國(guó)網(wǎng)東北分部綠源水力發(fā)電公司太平灣發(fā)電廠，遼寧 丹東 118000)

0 引言

根據(jù)GB 5905—86《起重設(shè)備試驗(yàn)規(guī)范和程序》的規(guī)定，橋式起重機(jī)在新安裝、改造或大修后應(yīng)進(jìn)行載荷試驗(yàn)，目的是檢驗(yàn)設(shè)備的性能是否符合技術(shù)規(guī)范的要求，檢查橋架等金屬結(jié)構(gòu)部件是否滿(mǎn)足吊裝時(shí)承擔(dān)載荷的需求，檢查起升機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置運(yùn)行是否平穩(wěn)可靠，檢查過(guò)載保護(hù)裝置、限位裝置和制動(dòng)裝置的動(dòng)作是否可靠，檢查控制系統(tǒng)和電氣元件的工作性能是否可靠及正常。

標(biāo)準(zhǔn)的載荷試驗(yàn)包括靜載荷試驗(yàn)和動(dòng)載荷試驗(yàn)，需要分別吊起1.25倍和1.1倍額定負(fù)荷的載荷。然而絕大多數(shù)水電站的地理位置位于地勢(shì)偏遠(yuǎn)、交通不便的山區(qū)，而大型起重設(shè)備載荷大，需要的試重塊較多，一般離租用試重塊的地點(diǎn)較遠(yuǎn)，不僅成本高，還存在相當(dāng)大的運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，針對(duì)偏遠(yuǎn)山區(qū)大型橋式起重機(jī)制訂一套適合的載荷試驗(yàn)方案意義重大，方案應(yīng)考慮不需要吊裝大量的配重載荷，又能達(dá)到等同于標(biāo)準(zhǔn)載荷試驗(yàn)的試驗(yàn)效果。

1 水電站橋式起重機(jī)改造任務(wù)

1.1 水電站概況

某水電廠位于遼寧省丹東地區(qū)，運(yùn)行管理著鴨綠江下游2座梯級(jí)水電站。電站A于1985年投產(chǎn)發(fā)電，廠房?jī)?nèi)裝有2臺(tái)單小車(chē)橋式起重機(jī)，1號(hào)橋式起重機(jī)額定起重質(zhì)量為250 t/50 t/5 t，2號(hào)橋式起重機(jī)額定起重質(zhì)量為250 t/30 t/5 t，吊裝最大部件發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)，需要2臺(tái)橋機(jī)通過(guò)平衡梁并聯(lián)，同步抬吊轉(zhuǎn)子。電站B于1989年投產(chǎn)發(fā)電，廠房裝有1臺(tái)雙小車(chē)橋式起重機(jī)，額定起重質(zhì)量為2×200 t/30 t/5 t，吊裝最大部件發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)，需要雙小車(chē)通過(guò)平衡梁并聯(lián)，同步抬吊轉(zhuǎn)子。

2017年，該水電廠對(duì)電站A，B的3臺(tái)橋式起重機(jī)進(jìn)行了改造和大修。

1.2 改造和檢修內(nèi)容

(1) 更換主、副起升機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器，以及大、小車(chē)行走機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器。

(2) 更換整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和保護(hù)裝置。

(3) 主、副起升機(jī)構(gòu)的減速器分解檢修；卷筒、滑輪組、吊鉤檢修；更換鋼絲繩。

(4) 大、小車(chē)行走機(jī)構(gòu)減速器分解檢修；車(chē)輪檢修及軸承更換；大、小車(chē)金屬橋架和軌道檢查。

2 試驗(yàn)方案

2.1 改造后需要試驗(yàn)和檢測(cè)的通用項(xiàng)目

按照GB/T 14405—2011《通用橋式起重機(jī)》的規(guī)定，橋式起重機(jī)在改造和檢修后需要進(jìn)行載荷特性、相關(guān)設(shè)備技術(shù)、功能等方面的檢驗(yàn)，合格后方可交付使用，主要包括以下內(nèi)容。

(1) 載荷起升高度驗(yàn)證。

(2) 吊鉤極限位置驗(yàn)證。

(3) 載荷升降速度檢驗(yàn)。

(4) 大、小車(chē)運(yùn)行速度檢驗(yàn)。

(5) 大、小車(chē)行走限位裝置可靠性檢驗(yàn)。

(6) 驅(qū)動(dòng)裝置(電動(dòng)機(jī)、減速器等)性能驗(yàn)證。

(7) 起重機(jī)金屬橋架的結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)。

(8) 起重機(jī)各機(jī)構(gòu)制動(dòng)裝置的功能驗(yàn)證。

(9) 雙車(chē)并聯(lián)同步試驗(yàn)。

2.2 橋式起重機(jī)載荷試驗(yàn)面臨的困難

如果按照起重設(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的載荷試驗(yàn)要求進(jìn)行1.25倍額定起重質(zhì)量的靜載荷試驗(yàn)，電站A橋式起重機(jī)需要的試驗(yàn)載荷為：

250×1.25=312.5 t。

B電站橋式起重機(jī)需要試驗(yàn)載荷為：

200×1.25=250 t。

對(duì)于試重件的選取，目前的獲取渠道主要包括：租用生鐵砝碼或鋼筋、工地現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制混凝土試塊和租用專(zhuān)業(yè)試重水袋。

(1) 租用生鐵砝碼或鋼筋。由于2座電站所處地理位置附近地區(qū)無(wú)鋼廠等大型企業(yè)，或者雖有較大型企業(yè)但無(wú)法提供如此多的重物作為試驗(yàn)載荷，獲取試驗(yàn)載荷十分困難；其他鄰近地區(qū)雖有本鋼、鞍鋼等大型鋼廠，但距離較遠(yuǎn)，租金昂貴，加之運(yùn)輸條件差，尤其是電站B，地處偏僻，公路狹窄，路橋荷載低，彎路和山路多，運(yùn)輸大量的試驗(yàn)載荷危險(xiǎn)性較大。

(2) 預(yù)制混凝土試塊。由于混凝土密度相對(duì)鋼材輕，需要的預(yù)制試重量大，占用空間場(chǎng)地面積大，現(xiàn)場(chǎng)存放存在一定的困難；制作周期長(zhǎng)、使用成本高；如果2座電站需要互用的情況下，存在狹窄彎路運(yùn)輸?shù)陌踩L(fēng)險(xiǎn)。

(3) 租用專(zhuān)業(yè)試重水袋。試重水袋整體材料采用高強(qiáng)尼龍織物雙徑、雙峰、雙面PVC復(fù)合氣密材料，使用時(shí)通過(guò)向袋內(nèi)注入與試驗(yàn)負(fù)荷等重的水，試驗(yàn)時(shí)將水袋固定在橋式起重機(jī)的吊鉤上，試驗(yàn)完畢后將袋內(nèi)的水排出。該方法的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，但由于水的密度小，僅為1 t/m3，要滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)負(fù)荷，占用的空間體積相當(dāng)大。根據(jù)電站廠房?jī)?nèi)的條件，電站B安裝間區(qū)域的地面距離橋機(jī)吊鉤上限位最大距離為10.25 m，如果按照標(biāo)準(zhǔn)水袋的設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算，充水完畢后，若要滿(mǎn)足主鉤起升200 mm行程的要求，至少需要11.45 m的距離，故安裝間段地面位置無(wú)法滿(mǎn)足試驗(yàn)要求；若考慮將橋機(jī)開(kāi)到機(jī)組間段上方，又因該區(qū)域下方有投運(yùn)多年的發(fā)電機(jī)組、控制盤(pán)柜等大量的設(shè)備，一旦出現(xiàn)漏水或脫落，則風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法預(yù)計(jì)。

基于上述困難，橋機(jī)改造前，該廠技術(shù)人員通過(guò)向?qū)I(yè)廠家咨詢(xún)和互聯(lián)網(wǎng)查找等有關(guān)橋式起重機(jī)載荷試驗(yàn)的方法，結(jié)果沒(méi)有得到適合該廠設(shè)備的方案。而這兩座電站現(xiàn)場(chǎng)除平衡梁可以作為試驗(yàn)載重的一部分外，廠內(nèi)無(wú)其他適合的吊裝物，附近一些工廠可租用的試驗(yàn)試重最多不到70 t。因此，需要研究制定一個(gè)新的試驗(yàn)方案，要求方案既安全又節(jié)約成本，同時(shí)又能達(dá)到橋機(jī)各項(xiàng)性能試驗(yàn)的目的。該廠將其做為一個(gè)創(chuàng)新課題，安排專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行研究論證。

2.3 方案論證

(1) 試驗(yàn)條件。載荷起升高度、吊鉤極限位置驗(yàn)證，大、小車(chē)行走限位器的可靠性檢驗(yàn)，大、小車(chē)運(yùn)行速度檢驗(yàn)，均可在空載或低負(fù)荷條件下進(jìn)行。

(2) 橋式起重機(jī)金屬橋架結(jié)構(gòu)承載檢測(cè)。因設(shè)備改造時(shí)未進(jìn)行任何金屬橋架的結(jié)構(gòu)改動(dòng)和施工，橋機(jī)最大載荷試驗(yàn)在1987年設(shè)備安裝完成后，已進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的靜載荷和動(dòng)載荷試驗(yàn)，且通過(guò)了地方政府安全監(jiān)督部門(mén)的驗(yàn)收，說(shuō)明產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是滿(mǎn)足使用要求的。

對(duì)于結(jié)構(gòu)性檢測(cè)，可通過(guò)對(duì)主梁上拱度進(jìn)行檢驗(yàn)，看其是否滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。若合格，則進(jìn)一步說(shuō)明橋機(jī)的設(shè)計(jì)尺寸滿(mǎn)足使用要求，金屬結(jié)構(gòu)的質(zhì)量可通過(guò)委托有資質(zhì)的專(zhuān)業(yè)單位對(duì)橋架結(jié)構(gòu)的主要承載點(diǎn)的焊縫進(jìn)行無(wú)損探傷檢測(cè)來(lái)判定。如果無(wú)異常，則說(shuō)明橋架在運(yùn)行30年后，無(wú)損傷且滿(mǎn)足承載要求；如果有異常，則可能需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)處理，修復(fù)完成后再進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，直到合格為止。

(3) 起升機(jī)構(gòu)的動(dòng)載荷試驗(yàn)。主要是檢驗(yàn)起升電機(jī)、減速器、制動(dòng)裝置、過(guò)載保護(hù)裝置等部件的性能，可考慮滑輪變比法。

橋式起重機(jī)起吊重物是通過(guò)卷筒和滑輪組，載荷由多股鋼絲繩承擔(dān)，工作中起升電機(jī)、減速器和制動(dòng)裝置僅承受一股鋼絲繩的作用力，其大小為載荷與鋼絲繩的股數(shù)之比。采用改變起升機(jī)構(gòu)滑輪組變比的方法，通過(guò)減少鋼絲繩的股數(shù)，試驗(yàn)負(fù)荷也可同倍數(shù)的減少，在該條件下進(jìn)行動(dòng)載荷試驗(yàn)，起升電機(jī)、制動(dòng)裝置、過(guò)載保護(hù)裝置等部件會(huì)得到與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷條件下相同的檢驗(yàn)效果。

取消滑輪組用鋼絲繩直接捆綁載荷或者減少承載滑輪的數(shù)量，可以使被檢驗(yàn)部件達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的1.1倍動(dòng)載荷試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

電站A，B的3臺(tái)橋式起重機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)均為雙繩機(jī)構(gòu)，吊鉤動(dòng)滑輪組為6個(gè)動(dòng)滑輪(每繩為3個(gè)滑輪纏繞)。電站A在275 t載荷的情況下，每根鋼絲繩的受力為：275÷(6×2)=22.917 t。

電站B在220 t載荷的情況下，每根鋼絲繩的受力為：220÷(6×2)=18.333 t。

2.4 方案確定

根據(jù)電站A， B設(shè)備的實(shí)際條件和已有負(fù)荷(平衡梁)的外形尺寸，確定如下方案。

(1) 電站A使用已有的平衡梁，平衡梁長(zhǎng)11.2 m，寬2.22 m，重30 t，拆下主鉤和滑輪組不用，用鋼絲繩直接捆綁平衡梁，捆綁時(shí)注意吊裝夾角，防止脫出滾筒上鋼絲繩導(dǎo)槽，這樣僅需試驗(yàn)載荷275 t的1/6 (45.83 t)，除去平衡梁重量30 t，主鉤還需試驗(yàn)載荷16 t。

(2) 電站B使用已有的平衡梁，平衡梁長(zhǎng)4.4 m，寬1.76 m，重11.2 t，為防止用鋼絲繩直接捆綁在平衡梁的兩端時(shí)外夾角偏大導(dǎo)致鋼絲繩在起升時(shí)互相摩擦或脫出滾筒上的鋼絲繩導(dǎo)槽，使?jié)L筒兩端引下的鋼絲繩只穿過(guò)一個(gè)動(dòng)滑輪，即吊鉤6個(gè)動(dòng)滑輪中只用其中2個(gè)，此時(shí)最大試驗(yàn)載荷為220 t的1/3 (73.34 t)，除去平衡梁自重11.2 t及主鉤自重4.66 t，主鉤還需試驗(yàn)載荷57.48 t。

(3) 電站A，B的副起升機(jī)構(gòu)動(dòng)載荷試驗(yàn)，按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。

通過(guò)技術(shù)論證，兩座水電站的3臺(tái)橋式起重機(jī)動(dòng)載荷試驗(yàn)，利用現(xiàn)有負(fù)荷，需租用的載荷不超過(guò)60 t，在技術(shù)上完全可行。

3 橋機(jī)改造試驗(yàn)應(yīng)用效果

橋式起重機(jī)改造試驗(yàn)方案獲得了地方安全監(jiān)督部門(mén)的批準(zhǔn)，在電站A，B的改造項(xiàng)目施工完成后，測(cè)量橋式起重機(jī)主梁橋架上拱度為：電站A 1號(hào)橋機(jī)上拱度19 mm、2號(hào)橋機(jī)上拱度18 mm及電站B橋機(jī)上拱度14 mm，均滿(mǎn)足不小于0.7S/1 000的規(guī)范要求(S為主梁跨度，SA=23 m，其標(biāo)準(zhǔn)上拱度為16.1 mm；SB=19 m，其標(biāo)準(zhǔn)上拱度為11.9 mm)。對(duì)金屬橋架的主要承載點(diǎn)焊縫進(jìn)行100 %探傷檢查，未發(fā)現(xiàn)缺陷。

2017年6月和7月分別對(duì)電站A，B的橋式起重機(jī)進(jìn)行了運(yùn)行機(jī)構(gòu)和動(dòng)載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示一切正常。

(1) 大、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，以及主、副起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)在各檔位電流正常。

(2) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)、聲音正常。

(3) 控制系統(tǒng)、保護(hù)裝置和限位裝置動(dòng)作可靠。

橋式起重機(jī)在改造和試驗(yàn)完成后，電站A的2臺(tái)橋式起重機(jī)于2017年10～12月的機(jī)組B級(jí)檢修期間進(jìn)行了全面檢測(cè)，未發(fā)生制動(dòng)失靈、滑鉤、過(guò)流等異?，F(xiàn)象，在各種負(fù)荷條件下運(yùn)行平穩(wěn)，聲音正常。

電站B的橋式起重機(jī)于2017年10月至2018年6月的機(jī)組改造期間進(jìn)行了全面檢測(cè)，也未發(fā)生制動(dòng)失靈、滑鉤、過(guò)流等異?，F(xiàn)象，在各種負(fù)荷條件下運(yùn)行平穩(wěn)，聲音正常。

這兩座電站的實(shí)踐檢驗(yàn)證明，應(yīng)用滑輪變比法進(jìn)行橋機(jī)動(dòng)載荷試驗(yàn)是成功的。

4 結(jié)束語(yǔ)

橋式起重機(jī)試驗(yàn)是在設(shè)備安裝、檢修和改造工作完成后必需進(jìn)行的一項(xiàng)重要工作，其試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)劣將直接影響到設(shè)備能否安全使用。

該水電廠技術(shù)人員根據(jù)起重設(shè)備試驗(yàn)規(guī)范和程序的要求，從電站的地理位置、運(yùn)輸?shù)碾y易度、試驗(yàn)載荷的租用等實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合電站橋式起重機(jī)的具體結(jié)構(gòu)，制定了橋式起重機(jī)試驗(yàn)方案，創(chuàng)新地將滑輪變比法原理應(yīng)用于橋式起重機(jī)載荷試驗(yàn)，用較少的試驗(yàn)載荷達(dá)到了橋式起重機(jī)性能試驗(yàn)的目的，同時(shí)還節(jié)約了資金，縮短了試驗(yàn)時(shí)間，為水電行業(yè)橋式起重機(jī)試驗(yàn)積累了經(jīng)驗(yàn)。

滑輪變比法適用于橋式起重機(jī)改造(未進(jìn)行橋架結(jié)構(gòu)變動(dòng))或大修后的動(dòng)載荷試驗(yàn)，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。