陳順青 劉 江 金 虎 張 杰

國(guó)能河北滄東發(fā)電有限責(zé)任公司 滄州 061003

0 概述

在火電廠中，斗輪堆取料機(jī)（以下簡(jiǎn)稱斗輪機(jī)）是重要的煤場(chǎng)中轉(zhuǎn)設(shè)備[1]，其具有連續(xù)作業(yè)、效率高、功耗低的優(yōu)勢(shì)[2]。某火電廠2 臺(tái)DQ4000/1500·35 型懸臂式斗輪堆取料機(jī)于2006年投產(chǎn)使用，具有單向堆料、單向取料及來(lái)料分流功能，主要由斗輪機(jī)構(gòu)、懸臂帶式輸送機(jī)、俯仰裝置及系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行走、尾車等組成。斗輪機(jī)行走軌道使用的軌道為P50 kg/m-12.5 m 標(biāo)準(zhǔn)軌道，采用預(yù)埋錨固螺栓、軌道膠墊、壓板等固定裝置將軌道固定安裝于混凝土基礎(chǔ)上。

火電廠維護(hù)人員巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)斗輪機(jī)行走軌道及其緊固件出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕甚至斷裂的問(wèn)題，如圖1、圖2所示。本文對(duì)問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，結(jié)合分析結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況決定開展斗輪堆取料機(jī)軌道后錨固技術(shù)研究及應(yīng)用工作，并解決了上述問(wèn)題。

圖1 斗輪機(jī)行走軌道預(yù)埋錨固螺栓腐蝕

圖2 斗輪機(jī)行走軌道斷裂

1 原因分析

斗輪機(jī)行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)斗輪機(jī)沿軌道方向的運(yùn)行，并起到支撐設(shè)備的作用[2]。根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)可知火電廠使用的斗輪機(jī)總質(zhì)量為413 748 kg，一旦行走軌道出現(xiàn)嚴(yán)重變形、斷裂脫開等現(xiàn)象時(shí)將會(huì)導(dǎo)致斗輪機(jī)脫軌傾覆[3，4]，嚴(yán)重威脅斗輪機(jī)司機(jī)的人身安全以及火電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。

從保障人身安全和機(jī)組安全可靠運(yùn)行的角度考慮,本文從運(yùn)行環(huán)境、維護(hù)保養(yǎng)、設(shè)計(jì)選型等方面展開分析，探究斗輪機(jī)行走軌道及其緊固件出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕甚至斷裂的具體原因。

1.1 運(yùn)行環(huán)境

1）火電廠地處港口沿海地區(qū)，沿海鹽霧氣候較為嚴(yán)重，對(duì)斗輪機(jī)行走軌道及其緊固件等金屬部件有腐蝕作用。

2）斗輪機(jī)工作時(shí)生產(chǎn)落料、粉塵較多，需要日常保潔沖洗行走軌道基礎(chǔ)，但是沖洗水氯離子含量較高，加之長(zhǎng)期的沖刷導(dǎo)致斗輪機(jī)行走軌道及其緊固件等金屬部件腐蝕加劇。

3）斗輪機(jī)行走軌道由魚尾板相互連接固定，軌道接頭處存在一定間隙[5]，行走輪通過(guò)間隙時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，長(zhǎng)期的頻繁振動(dòng)壓碎軌道接口處的混凝土基礎(chǔ)造成軌道下沉，嚴(yán)重時(shí)造成軌道接口處軌頂面存在明顯高度差，行走輪通過(guò)時(shí)瞬間局部應(yīng)力集中造成軌道斷裂。

4）斗輪機(jī)在軌道上行走時(shí)混凝土基礎(chǔ)承受的沖擊力較大，容易導(dǎo)致混凝土基礎(chǔ)開裂、破碎。此外，混凝土基礎(chǔ)在硬化過(guò)程中設(shè)計(jì)有伸縮縫，沖洗水容易滲入伸縮縫中，斗輪機(jī)行走時(shí)對(duì)混凝土基礎(chǔ)產(chǎn)生的壓力又會(huì)將滲入伸縮縫中的沖洗水?dāng)D出，長(zhǎng)期往復(fù)作用容易使軌道基礎(chǔ)出現(xiàn)孔洞、破碎。軌道基礎(chǔ)開裂、破碎情況如圖3所示。軌道基礎(chǔ)的長(zhǎng)期開裂、孔洞、破損容易造成軌道基礎(chǔ)沉降不均，當(dāng)行走輪通過(guò)軌道基礎(chǔ)沉降不均部位時(shí)由于瞬間局部應(yīng)力集中造成軌道斷裂。

圖3 軌道基礎(chǔ)開裂破碎

1.2 設(shè)計(jì)選型

由于火電廠斗輪機(jī)于2006年投入生產(chǎn)使用，至今已應(yīng)用約17 a，受限于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)選型的局限性，傳統(tǒng)斗輪機(jī)軌道的固定壓板設(shè)計(jì)形式為直接固定在預(yù)埋錨固螺栓上，預(yù)埋錨固螺栓直接承受來(lái)自軌道的荷載，受力條件較為惡劣，容易造成預(yù)埋錨固螺栓松動(dòng)。此外，傳統(tǒng)的固定壓板不能進(jìn)行側(cè)向調(diào)節(jié)，安裝時(shí)無(wú)法保證固定壓板與軌道的可靠接觸（尤其在預(yù)埋錨固螺栓松動(dòng)，固定壓板產(chǎn)生位移時(shí)）。當(dāng)斗輪機(jī)堆取料時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力作用在固定壓板上，由于軌道在側(cè)向力的作用下相對(duì)不會(huì)彎曲，側(cè)向力將由固定壓板來(lái)承擔(dān)，此時(shí)如果預(yù)埋錨固螺栓已嚴(yán)重腐蝕則很容易導(dǎo)致預(yù)埋錨固螺栓因強(qiáng)度不夠而造成斷裂。

1.3 維護(hù)保養(yǎng)

1）斗輪機(jī)在軌道上長(zhǎng)期往復(fù)行走時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)容易導(dǎo)致壓板、魚尾板的固定螺栓松動(dòng)，若未定期維護(hù)緊固將會(huì)加劇固定螺栓磨損變形（如圖4所示），破壞軌道固定系統(tǒng)，軌道隨之松動(dòng)變形，長(zhǎng)此以往惡性循環(huán)導(dǎo)致緊固件斷裂、軌道損壞。

圖4 磨損變形的魚尾板固定螺栓

2）軌道下的膠墊板需要承受斗輪機(jī)在軌道上往復(fù)行走時(shí)產(chǎn)生的壓力，長(zhǎng)期的反復(fù)壓縮會(huì)使膠墊板嚴(yán)重變形，超出橡膠墊的伸長(zhǎng)率而破損。一旦膠墊板發(fā)生破壞且未得到及時(shí)更換，軌道與基礎(chǔ)之間便會(huì)存在較大縫隙，明顯加大軌道的應(yīng)力，會(huì)造成應(yīng)力集中現(xiàn)象愈加明顯。如此惡性循環(huán)，將加速軌道的斷裂損壞。

綜上分析，運(yùn)行環(huán)境造成斗輪機(jī)行走軌道緊固件的初始腐蝕、磨損、變形，由于固定系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型不合理，斗輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)造成緊固件松動(dòng)和受力不合理，加之維護(hù)保養(yǎng)不到位加劇緊固件的損壞，上述因素綜合疊加導(dǎo)致軌道緊固件在某一時(shí)刻斷裂；運(yùn)行環(huán)境造成斗輪機(jī)行走軌道基礎(chǔ)不均勻沉降，且未對(duì)軌道基礎(chǔ)及時(shí)維護(hù)保養(yǎng)，當(dāng)行走輪通過(guò)軌道基礎(chǔ)沉降不均勻部位時(shí)由于瞬間局部應(yīng)力集中造成軌道斷裂。

2 問(wèn)題處理

2.1 方案確定

考慮到運(yùn)行環(huán)境短期內(nèi)很難改變，優(yōu)先從優(yōu)化軌道固定系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型和加強(qiáng)日常維護(hù)保養(yǎng)方面入手解決斗輪機(jī)行走軌道及其緊固件斷裂的問(wèn)題。參照機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《重型起重運(yùn)輸軌道用固定聯(lián)結(jié)件》、《起重運(yùn)輸軌道用固定裝置》，目前常用的軌道固定裝置技術(shù)為軌道支撐墊板和緊固裝置組成的柔性固定技術(shù)，其中軌道支撐的墊板一般由膠泥、鋼墊板和橡膠墊板組合而成[6]。軌道放置于鋼墊板上，軌道基礎(chǔ)沉降不均的部位可以通過(guò)調(diào)整膠泥的厚度進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)整。

由于火電廠原軌道固定系統(tǒng)因預(yù)埋錨固螺栓腐蝕情況較為嚴(yán)重，已不具備單獨(dú)利用的可能，若采用軌道柔性固定技術(shù)只能考慮重新制作混凝土基礎(chǔ)并預(yù)埋錨固螺栓或在原混凝土基礎(chǔ)上利用混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)[7]對(duì)錨固螺栓重新逐個(gè)鉆孔。與常規(guī)的預(yù)埋式錨固相比，后錨固技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于成本低、施工快、工期少[8]。由于火電廠斗輪機(jī)運(yùn)行軌道較短，而且需要配合機(jī)組燃料摻配供應(yīng)需求進(jìn)行取煤作業(yè)及燃煤調(diào)運(yùn)進(jìn)行卸儲(chǔ)煤作業(yè)，啟停隨意性較強(qiáng)，不具備長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)作業(yè)條件，故后錨固技術(shù)相較于預(yù)埋式錨固有明顯的施工優(yōu)勢(shì)。

2.2 方案研究

目前，植筋技術(shù)是后錨固技術(shù)常用的一種技術(shù)[9]，其原理是通過(guò)粘結(jié)膠凝材料將鋼筋（或全螺紋螺桿）固定于原結(jié)構(gòu)上。經(jīng)過(guò)閱讀大量文獻(xiàn)資料和實(shí)地考察同類施工項(xiàng)目后，選擇一種有機(jī)類（改性環(huán)氧樹脂類）錨固膠和一種無(wú)機(jī)類(硅酸鹽類礦物和某種堿激發(fā)劑為原材料)錨固膠分別開展后錨固植筋性能研究。

本文采用M24 全螺紋螺栓進(jìn)行后錨固植筋，植筋孔徑直徑為32 mm、錨固深度為270 mm。分別開展12 h、24 h、48 h 和10 d 的錨栓拉拔試驗(yàn)，發(fā)生破壞性現(xiàn)象的錨栓都是被直接拔出或出現(xiàn)根部的錐體破壞（見圖5、圖6），具體試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 后錨固植筋性能結(jié)果 kN

圖5 無(wú)機(jī)膠錨栓拉拔試驗(yàn)發(fā)生錐體破壞

圖6 有機(jī)膠錨栓拉拔試驗(yàn)直接被拔出

由試驗(yàn)結(jié)果可知，相對(duì)于有機(jī)類植筋膠而言，無(wú)機(jī)類植筋膠的后錨固硬化強(qiáng)度更高、凝固時(shí)間更快，可以保證錨固材料與混凝土結(jié)構(gòu)界面之間足夠的粘結(jié)錨固強(qiáng)度，能夠有效、穩(wěn)定地傳遞錨固力。此外，無(wú)機(jī)類植筋膠相對(duì)有機(jī)類植筋膠還有成本低、施工工藝簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)[10]。綜合考慮以上因素，決定采用無(wú)機(jī)類植筋膠開展后錨固植筋施工。

2.3 方案實(shí)施

GB 50550—2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》對(duì)常規(guī)的后錨固植筋施工方法及步驟進(jìn)行了詳細(xì)的描述。由于火電廠斗輪機(jī)不具備長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)作業(yè)條件，施工人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)際，對(duì)常規(guī)的后錨固植筋施工方法及步驟進(jìn)行了優(yōu)化，提出了一種火電廠斗輪堆取料機(jī)軌道后錨固植筋施工方法及步驟：1）放線定位、鉆孔并清孔；2）螺栓錨固及拉拔試驗(yàn)；3）拆除原固定裝置及軌道；4）基礎(chǔ)拋錨及固定裝置試安裝；5）固定裝置整體標(biāo)高復(fù)核調(diào)整及基礎(chǔ)找平；6）新固定裝置安裝固定；7）軌道安裝、調(diào)整、檢測(cè)及斗輪機(jī)局部軌道試運(yùn)；8）不同作業(yè)區(qū)域重復(fù)步驟3）～步驟7）的工作內(nèi)容；9）軌道整體調(diào)整、檢測(cè)及斗輪機(jī)整體試運(yùn)。

此施工方法可以在斗輪機(jī)軌道不拆除的前提下，充分利用斗輪機(jī)停運(yùn)間隙在原有軌道基礎(chǔ)上分段分區(qū)域先進(jìn)行鉆孔、錨栓等施工，施工過(guò)程中等待斗輪機(jī)具備較長(zhǎng)停運(yùn)條件時(shí)進(jìn)行新固定裝置和軌道的安裝工作。該方法可以最大限度利用斗輪機(jī)停運(yùn)間隙且使錨固膠充分固化達(dá)到理想承重狀態(tài)，可以有效提高施工效率。相較于傳統(tǒng)后錨固施工方法此種方法對(duì)放線定位的施工精度要求更高，否則新固定裝置將無(wú)法安裝。本文提供了一種火電廠斗輪機(jī)軌道后錨固施工裝置，如圖7、圖8所示。

圖7 一種火電廠斗輪機(jī)軌道后錨固施工裝置總貌圖

圖8 一種火電廠斗輪機(jī)軌道后錨固施工裝置側(cè)視圖

放線定位結(jié)束后即可以開展鉆孔施工，鉆孔施工清孔后安排錨栓作業(yè)，錨栓時(shí)為了保證新固定裝置安裝精度，需要使用螺母將錨固螺栓加長(zhǎng)，以便新固定裝置的鋼墊板高于軌道高度，從而保證錨固后的螺栓能夠與新固定裝置的鋼墊板正常匹配安裝（見圖9），通常情況下錨固膠1 h 左右能夠達(dá)到初凝狀態(tài)，便可將鋼墊板拆除，從而不影響斗輪機(jī)正常運(yùn)行。

圖9 新固定裝置緊固螺栓錨固安裝現(xiàn)場(chǎng)施工圖

通過(guò)利用上述施工方法及裝置，最終實(shí)現(xiàn)了火電廠斗輪機(jī)軌道后錨固的高效施工。

3 結(jié)語(yǔ)

燃煤精準(zhǔn)摻配是火電廠經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行的必然選擇，斗輪機(jī)是保證燃煤供應(yīng)和精準(zhǔn)摻配的關(guān)鍵設(shè)備，直接影響火電機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。鑒于斗輪機(jī)在火電機(jī)組中的重要作用，本文開展了斗輪機(jī)軌道后錨固植筋性能研究和應(yīng)用，消除了安全隱患。在應(yīng)用過(guò)程中提出的一種火電廠斗輪機(jī)軌道后錨固施工方法和裝置可為同類問(wèn)題的處理提供借鑒，可以有效提高施工效率，降低施工成本。此外，建議后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中加強(qiáng)斗輪機(jī)行走軌道及其緊固件的日常維護(hù)保養(yǎng)工作，如定期檢查緊固件的松緊情況、緊固件定期涂抹防銹脂、軌道基礎(chǔ)破損部位及時(shí)修復(fù)等，避免出現(xiàn)因維護(hù)保養(yǎng)不到位造成斗輪機(jī)行走軌道及其緊固件斷裂的情況。