水電站在役通用門(mén)式起重機(jī)安全評(píng)估

陳源

（廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，廣西 南寧 530200）

橋門(mén)式起重機(jī)是水電站安全運(yùn)行和設(shè)備檢修的專(zhuān)業(yè)起重設(shè)備。橋式起重機(jī)主要用于電站廠房?jī)?nèi)重要發(fā)電設(shè)備及輔助裝置的吊裝和檢修，門(mén)式起重機(jī)主要承擔(dān)大、中型閘門(mén)的升降，以達(dá)到閘門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉的目的。目前，生產(chǎn)技術(shù)和規(guī)則不斷改進(jìn)，安生生產(chǎn)管理與監(jiān)管水平逐步提高，使其起重機(jī)的質(zhì)量和安全使用在不斷提升。然而，水電站使用的橋門(mén)式起重機(jī)都嚴(yán)重超齡，特別是處于壩頂受復(fù)雜環(huán)境影響的門(mén)式起重機(jī)，很有必要對(duì)其進(jìn)行安全性能評(píng)估。

1 門(mén)式起重機(jī)的分類(lèi)

門(mén)式起重機(jī)型式分類(lèi)一般按主梁、懸臂、取物裝置、操縱方式、小車(chē)數(shù)量來(lái)分類(lèi)。按主梁分為單主梁和雙主梁；按懸臂分為雙懸臂、單懸臂、無(wú)懸臂；按取物裝置分為吊鉤、抓斗、電磁、二用、三用；按操縱方式分為司機(jī)室操縱、地面有線操縱、無(wú)線遙控操縱、多點(diǎn)操縱；按小車(chē)數(shù)量分為單小車(chē)、雙小車(chē)、多小車(chē)。

根據(jù)水電站一般需要承載能力強(qiáng)、跨度大、整體穩(wěn)定性好、剛度大、安全性高以及使用功能的要求，選用門(mén)式起重機(jī)的品種為雙梁、單小車(chē)通用門(mén)式起重機(jī)。

2 通用門(mén)式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)

通用門(mén)式起重機(jī)是門(mén)式起重機(jī)中使用品種最多的一種，其主要由雙主梁、支腿、端梁、小車(chē)、起升機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)等組成。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 通用門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)

3 安全評(píng)估的內(nèi)容

根據(jù)GB/T 41510-2022《起重機(jī)械安全評(píng)估規(guī)范 通用要求》及通用門(mén)式起重機(jī)組成結(jié)構(gòu)，安全評(píng)估內(nèi)容包括重要結(jié)構(gòu)和機(jī)械、電氣、安全防護(hù)裝置等關(guān)鍵零部件的外觀檢查、無(wú)損檢測(cè)、載荷試驗(yàn)以及應(yīng)力測(cè)試。

外觀檢查包括對(duì)重要結(jié)構(gòu)件、關(guān)鍵零部件的腐蝕、磨損、裂紋、變形等情況檢查；無(wú)損檢測(cè)包括重要結(jié)構(gòu)件和關(guān)鍵零部件的裂紋與焊縫質(zhì)量檢測(cè)；載荷試驗(yàn)包括對(duì)整機(jī)承載能力及機(jī)構(gòu)、電氣和安全防護(hù)裝置的運(yùn)行狀況、性能與功能的測(cè)試；結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試包括重要結(jié)構(gòu)件的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試。

4 在役通用門(mén)式起重機(jī)的安全評(píng)估

評(píng)估設(shè)備為某水電站一臺(tái)通用門(mén)式起重機(jī)，使用年限已達(dá)30年，設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)，如表1所示。

表1 評(píng)估設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)

4.1 重要結(jié)構(gòu)件腐蝕、磨損、裂紋、變形檢查

對(duì)起重機(jī)的重要結(jié)構(gòu)件、關(guān)鍵零部件進(jìn)行腐蝕、磨損、裂紋、變形檢查，首先，需對(duì)檢測(cè)的結(jié)構(gòu)件檢查部位進(jìn)行去除油漆和浮銹，并應(yīng)用超聲波測(cè)厚儀、游標(biāo)卡尺等儀器進(jìn)行檢測(cè)。

重要結(jié)構(gòu)件、關(guān)鍵零部件腐蝕、磨損測(cè)量結(jié)果如表2所示，變形測(cè)量結(jié)果如表3所示。

表2 腐蝕、磨損測(cè)量結(jié)果

表3 變形測(cè)量結(jié)果

4.2 重要結(jié)構(gòu)件和關(guān)鍵零部件的無(wú)損檢測(cè)

水電站通用門(mén)式起重機(jī)重要結(jié)構(gòu)件和關(guān)鍵零部件的無(wú)損檢測(cè)，主要針對(duì)受力結(jié)構(gòu)件焊縫的檢測(cè)。檢測(cè)具體情況見(jiàn)表4、圖2所示。

圖2 受力結(jié)構(gòu)件無(wú)損檢測(cè)

表4 受力結(jié)構(gòu)件無(wú)損檢測(cè)

經(jīng)過(guò)對(duì)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)件焊縫進(jìn)行抽查磁粉探傷，發(fā)現(xiàn)閘門(mén)吊具受力橫梁與下耳板角焊縫4mm裂紋，如圖3所示。對(duì)于發(fā)現(xiàn)的缺陷，建議使用單位打磨裂紋至內(nèi)無(wú)裂紋深度處，并由專(zhuān)業(yè)焊接人員進(jìn)行補(bǔ)焊。

圖3 焊接缺陷

4.3 整機(jī)機(jī)構(gòu)、電氣和安全防護(hù)裝置檢查

對(duì)通用門(mén)式起重機(jī)工作機(jī)構(gòu)、主要零部件、電氣部件及安全防護(hù)裝置的檢查，需要進(jìn)行起重機(jī)空載、動(dòng)載、靜載試驗(yàn)。

按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，首先，對(duì)通用門(mén)式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)、零部件固定連接、電氣及安全裝置進(jìn)行檢查，在符合要求后進(jìn)行起重機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)。機(jī)械結(jié)構(gòu)及主要零部件檢查如表5所示，電氣及安全防護(hù)裝置如表6所示。

表5 機(jī)械結(jié)構(gòu)及主要零部件檢查

表6 電氣及安全防護(hù)裝置檢查

4.4 應(yīng)力測(cè)試

應(yīng)力測(cè)試是驗(yàn)證起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)承載能力的最直接、最有效的手段。本次測(cè)試采用電阻應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變的方法，電阻應(yīng)變片通過(guò)自身電阻的變化反應(yīng)其所在部位應(yīng)變的變化。根據(jù)電測(cè)法原理，對(duì)于主應(yīng)力方向已知的單向應(yīng)力狀態(tài)，可由單向應(yīng)變片所測(cè)應(yīng)變，計(jì)算出該點(diǎn)的正應(yīng)力：

本次靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試使用的儀器為“TDS-530”數(shù)據(jù)采集器，如圖4所示。該儀器是一種全自動(dòng)多通道數(shù)據(jù)采集儀，新的A/D轉(zhuǎn)換器技術(shù)確保在高速采樣下保持精度和穩(wěn)定度，分辨率0.1me，自動(dòng)采集存儲(chǔ)應(yīng)變數(shù)值。動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試使用的儀器為“TMR-200”小型多通道動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，如圖5所示。該儀器具有全數(shù)字式電腦控制采集、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，采樣頻率范圍寬并可根據(jù)要求選擇、適合現(xiàn)場(chǎng)使用等特點(diǎn)。

圖4 TDS-530 數(shù)據(jù)采集器

圖5 TMR-200數(shù)據(jù)采集儀

通用門(mén)式起重機(jī)承載主梁為箱形梁，設(shè)主梁方向?yàn)闁|西方向，起重機(jī)小車(chē)南北方向受力梁為小車(chē)主梁方向。對(duì)起重機(jī)受力較大及應(yīng)力敏感區(qū)域位置貼片，應(yīng)變片規(guī)格采用5×3（mm）單向應(yīng)變片，貼片方案如表7所示。

表7 應(yīng)變片粘貼位置及編號(hào)

根據(jù)測(cè)試方案，對(duì)起重機(jī)分別進(jìn)行額定載荷的1.0倍、1.1倍、1.25倍不同工況進(jìn)行測(cè)試。在不同工況下，小車(chē)移動(dòng)至主梁不同位置，記錄各應(yīng)變片靜態(tài)應(yīng)變值，1.25倍額定載荷工況下各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值如表8所示；小車(chē)行走至不同位置，進(jìn)行起升及下降，進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試，采用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀記錄行走過(guò)程各應(yīng)變片應(yīng)變值，1.1倍額定載荷工況動(dòng)態(tài)載荷試驗(yàn)如圖6所示。

圖6 1.1倍額定載荷工況動(dòng)態(tài)載荷試驗(yàn)

表8 1.25倍額定載荷工況下各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值（MPa）

破壞性實(shí)驗(yàn)1.25倍額定載荷，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值最大，但各測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)力值均小于材料的許用應(yīng)力。通過(guò)對(duì)起重機(jī)不同工況整體分析，該起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度滿足起吊額定載荷的工作需求。

對(duì)不同工況動(dòng)態(tài)載荷試驗(yàn)進(jìn)行分析，隨著載荷的增加，各測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)力值基本上隨著增加。在不同工況整個(gè)動(dòng)態(tài)測(cè)試過(guò)程中，各測(cè)點(diǎn)的最大應(yīng)力值均小于材料的許用應(yīng)力。因此，金屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力水平滿足起升額定載荷的工作需求。

5 整機(jī)安全評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)通用門(mén)式起重機(jī)安全評(píng)估，其重要結(jié)構(gòu)件腐蝕、磨損、裂紋、變形檢查符合要求；重要結(jié)構(gòu)件和關(guān)鍵零部件的無(wú)損檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)閘門(mén)吊具受力橫梁與下耳板角焊縫4mm裂紋，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)焊接人員打磨裂紋至內(nèi)無(wú)裂紋深度處，并進(jìn)行補(bǔ)焊，再次進(jìn)行磁粉檢測(cè)符合要求；整機(jī)機(jī)構(gòu)、電氣和安全防護(hù)裝置檢查與試驗(yàn)符合要求；應(yīng)力測(cè)試測(cè)試靜強(qiáng)度、動(dòng)應(yīng)力水平滿足起升額定載荷的工作需求。整機(jī)評(píng)定為合格。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)外觀檢查、無(wú)損檢測(cè)、載荷試驗(yàn)以及應(yīng)力測(cè)試對(duì)一臺(tái)在役老舊水電站通用門(mén)式起重機(jī)進(jìn)行安全評(píng)估。評(píng)定了起重機(jī)安全狀況，不僅保障了設(shè)備安全，而且節(jié)約了成本。

目前，面對(duì)大量超過(guò)規(guī)定使用年限的老舊起重機(jī)，應(yīng)將評(píng)估技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，解決評(píng)價(jià)尺度不一、經(jīng)驗(yàn)不足、數(shù)據(jù)再利用等問(wèn)題，形成了一種高效率的安全評(píng)估方法，對(duì)于起重機(jī)的安全評(píng)估技術(shù)是一種重要的突破。