陳源

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

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

1 門式起重機的分類

門式起重機型式分類一般按主梁、懸臂、取物裝置、操縱方式、小車數(shù)量來分類。按主梁分為單主梁和雙主梁；按懸臂分為雙懸臂、單懸臂、無懸臂；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室操縱、地面有線操縱、無線遙控操縱、多點操縱；按小車數(shù)量分為單小車、雙小車、多小車。

根據(jù)水電站一般需要承載能力強、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，選用門式起重機的品種為雙梁、單小車通用門式起重機。

2 通用門式起重機的結(jié)構(gòu)

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

圖1 通用門式起重機結(jié)構(gòu)

3 安全評估的內(nèi)容

根據(jù)GB/T 41510-2022《起重機械安全評估規(guī)范 通用要求》及通用門式起重機組成結(jié)構(gòu)，安全評估內(nèi)容包括重要結(jié)構(gòu)和機械、電氣、安全防護裝置等關(guān)鍵零部件的外觀檢查、無損檢測、載荷試驗以及應(yīng)力測試。

外觀檢查包括對重要結(jié)構(gòu)件、關(guān)鍵零部件的腐蝕、磨損、裂紋、變形等情況檢查；無損檢測包括重要結(jié)構(gòu)件和關(guān)鍵零部件的裂紋與焊縫質(zhì)量檢測；載荷試驗包括對整機承載能力及機構(gòu)、電氣和安全防護裝置的運行狀況、性能與功能的測試；結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試包括重要結(jié)構(gòu)件的靜態(tài)和動態(tài)測試。

4 在役通用門式起重機的安全評估

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

表1 評估設(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

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

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

表2 腐蝕、磨損測量結(jié)果

表3 變形測量結(jié)果

4.2 重要結(jié)構(gòu)件和關(guān)鍵零部件的無損檢測

水電站通用門式起重機重要結(jié)構(gòu)件和關(guān)鍵零部件的無損檢測，主要針對受力結(jié)構(gòu)件焊縫的檢測。檢測具體情況見表4、圖2所示。

圖2 受力結(jié)構(gòu)件無損檢測

表4 受力結(jié)構(gòu)件無損檢測

經(jīng)過對起重機的結(jié)構(gòu)件焊縫進行抽查磁粉探傷，發(fā)現(xiàn)閘門吊具受力橫梁與下耳板角焊縫4mm裂紋，如圖3所示。對于發(fā)現(xiàn)的缺陷，建議使用單位打磨裂紋至內(nèi)無裂紋深度處，并由專業(yè)焊接人員進行補焊。

圖3 焊接缺陷

4.3 整機機構(gòu)、電氣和安全防護裝置檢查

對通用門式起重機工作機構(gòu)、主要零部件、電氣部件及安全防護裝置的檢查，需要進行起重機空載、動載、靜載試驗。

按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，首先，對通用門式起重機的結(jié)構(gòu)、零部件固定連接、電氣及安全裝置進行檢查，在符合要求后進行起重機運行試驗。機械結(jié)構(gòu)及主要零部件檢查如表5所示，電氣及安全防護裝置如表6所示。

表5 機械結(jié)構(gòu)及主要零部件檢查

表6 電氣及安全防護裝置檢查

4.4 應(yīng)力測試

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

本次靜態(tài)應(yīng)力測試使用的儀器為“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，自動采集存儲應(yīng)變數(shù)值。動態(tài)應(yīng)力測試使用的儀器為“TMR-200”小型多通道動態(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)場使用等特點。

圖4 TDS-530 數(shù)據(jù)采集器

圖5 TMR-200數(shù)據(jù)采集儀

通用門式起重機承載主梁為箱形梁，設(shè)主梁方向為東西方向，起重機小車南北方向受力梁為小車主梁方向。對起重機受力較大及應(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

根據(jù)測試方案，對起重機分別進行額定載荷的1.0倍、1.1倍、1.25倍不同工況進行測試。在不同工況下，小車移動至主梁不同位置，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點應(yīng)力值如表8所示；小車行走至不同位置，進行起升及下降，進行動態(tài)應(yīng)力測試，采用動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀記錄行走過程各應(yīng)變片應(yīng)變值，1.1倍額定載荷工況動態(tài)載荷試驗如圖6所示。

圖6 1.1倍額定載荷工況動態(tài)載荷試驗

表8 1.25倍額定載荷工況下各測點應(yīng)力值（MPa）

破壞性實驗1.25倍額定載荷，各測點應(yīng)力值最大，但各測點最大應(yīng)力值均小于材料的許用應(yīng)力。通過對起重機不同工況整體分析，該起重機金屬結(jié)構(gòu)靜強度滿足起吊額定載荷的工作需求。

對不同工況動態(tài)載荷試驗進行分析，隨著載荷的增加，各測點最大應(yīng)力值基本上隨著增加。在不同工況整個動態(tài)測試過程中，各測點的最大應(yīng)力值均小于材料的許用應(yīng)力。因此，金屬結(jié)構(gòu)的動應(yīng)力水平滿足起升額定載荷的工作需求。

5 整機安全評價

通過對通用門式起重機安全評估，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)鍵零部件的無損檢測，發(fā)現(xiàn)閘門吊具受力橫梁與下耳板角焊縫4mm裂紋，經(jīng)過專業(yè)焊接人員打磨裂紋至內(nèi)無裂紋深度處，并進行補焊，再次進行磁粉檢測符合要求；整機機構(gòu)、電氣和安全防護裝置檢查與試驗符合要求；應(yīng)力測試測試靜強度、動應(yīng)力水平滿足起升額定載荷的工作需求。整機評定為合格。

6 結(jié)語

本文通過外觀檢查、無損檢測、載荷試驗以及應(yīng)力測試對一臺在役老舊水電站通用門式起重機進行安全評估。評定了起重機安全狀況，不僅保障了設(shè)備安全，而且節(jié)約了成本。

目前，面對大量超過規(guī)定使用年限的老舊起重機，應(yīng)將評估技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，解決評價尺度不一、經(jīng)驗不足、數(shù)據(jù)再利用等問題，形成了一種高效率的安全評估方法，對于起重機的安全評估技術(shù)是一種重要的突破。