溪洛渡水電站監控系統網絡結構解析

董萬里，賈鑫，趙爽，陳洪陽

(溪洛渡水力發電廠，云南永善657300)

1 概述

溪洛渡左、右岸地下廠房內各裝有2臺跨度為28.0m、起重量均為1000t+100t三梁主/副小車橋式起重機，擔負電站18臺單機額定容量770MW巨型水輪發電機組及其輔助系統關鍵設備的安裝、運行維護和檢修的吊裝任務。

廠房內橋式起重機同軌同層布置在EL.391.00高程，大車軌道為QU120軌道，此軌道對應參數為軌高170mm、頂寬120mm、頂下寬129mm、底寬170mm。右岸軌道全長386m,左岸全長383m。

2 故障現象

2.1 發現過程

監護人員在橋機高負荷運行約8個月左右時發現右岸1號橋機下游側大車行走左一車輪內側行走軸承損壞，隨后在檢查其他車輪時發現右岸2號橋機下游側大車行走右五車輪內側行走軸承有相似損壞情況。

2.2 故障特點

經現場實地檢查觀測，橋機大車行走機構車輪軸承現場損壞情況主要呈現以下4個特點。

(1)右岸1號橋機車輪軸承損壞情況:軸承滾珠碾碎、滾珠保持架損壞、軸承內外圈損壞。右岸2號橋機車輪軸承損壞情況:軸承滾珠個別碾斷、滾珠保持架損毀、軸承內圈損毀，其余未發現明顯損壞痕跡。

(2)此次損壞的兩臺橋機大車行走軸承均為下游內側，屬同側。

(3)根據現場檢查，發現橋機均是上游側(導向側)車輪外緣貼緊軌道，下游側(非導向側)車輪內緣貼緊軌道。

(4)下游側(非導向側)車輪內緣有不同程度的啃軌現象。

3 故障分析

3.1 車輪軸承特點

此次損壞軸承為雙排調心滾子軸承，型號為23238CA-W23，主要承受徑向載荷，同時也能承受一定的軸向載荷，有較高的徑向載荷承載能力，特別適用于重載或振動載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。該軸承有兩列對稱型球面滾子，外圈有一條共用的球面滾道，內圈有兩條與軸承軸線傾斜一定角度的滾道，具有良好的調心性能，當軸受力彎曲或安裝不同心時軸承仍可正常使用，調心性隨軸承尺寸系列不同而異，一般所允許的調心角度為1°～2.5°。

下頁圖1為橋機大車行走機構車輪內部裝配圖。

3.2 設計工作狀況

車輪與軌道的間隙在設計上為定值，導向側車輪踏面寬140mm，非導向側車輪踏面寬160mm，軌道寬120mm。在理想狀態下，車輪位于軌道中間位置，且軌距等于輪距時，導向側車輪與軌道兩邊間隙均為10mm，非導向側車輪與軌道兩邊間隙均為20mm。

圖1 橋機大車行走機構車輪內部裝配圖

橋機正常行走時，車輪很難保證在軌道中間行走，導向側車輪會有一邊貼緊軌道，起導向作用。在導向側車輪外側靠緊軌道時，橋機整車會向下游側移動10mm，導致非導向側車輪內側與軌道的間隙減小至10mm。

輪距的設計要求是28000±4mm；按國標要求的計算公式，軌距安裝要求應達到28000±7.5mm；從設計上最不利的情況考慮:當橋機導向側(上游側)車輪外側貼緊軌道，即車輪向下游側平移10mm，橋機跨距取最大正誤差+4mm，軌道軌距取最大負誤差-7.5mm時，非導向側車輪內側與軌道之間的間隙為A:

此時非導向側車輪與軌道間隙為負值，車輪軸承受軸向壓力，可能導致軸承損壞。說明橋機制造誤差與軌道安裝誤差必須統籌考慮，做到系統的公差配合，才能減少故障的發生。

3.3 軌距及輪距分析

(1)輪距分析:橋機跨度測量數據結果為正誤差，為28000+3mm～28000+5mm。

(2)軌距分析:軌道為2009年2月安裝完成進行驗收，驗收數據為28000-3mm～28000+2mm，軌道驗收合格。

由于巖錨梁的變形，橋機在2010年1月安裝前主安裝間一段橋機軌道跨距為28000-3mm～28000+1mm。橋機安裝前安裝間軌道合格(機組段由于巖錨梁施工不具備測量條件，未作測量)。

圖2 故障發生后軌道測量數據

故障現象發生后，測量人員對軌道中心距離進行了測量，測量數據如圖2。

根據測量數據分析軌道中心偏差如表1。

表1

根據測量結果可以看出部分數據超出標準。其中15號機處軌道軌距為28000-11mm。

根據安全監測中心提供的檢測成果，從軌道安裝時間2009年2月到2011年3月右岸巖錨梁變形局部變化量最大為6.8mm(12號機)，巖錨梁的變化引起軌道局部變化量增大，此處軌道軌距為28000-7.8mm。

3.4 重載后變形分析

(1)收集數據

橋機安裝前后及負荷試驗時測量的橋機主梁上拱度數據見表2:

表2 單位:mm

(2)計算

主梁上拱變化模型示意圖如圖3:

圖3 主梁上拱變化模型示意圖

主梁在安裝主小車前的測量數據不參與本次計算。由于主梁和車輪是剛體連接，我們近似認為主梁在受載變形的角度變化引起了車輪角度的變化。即如圖所示∠1與∠2的變化就體現了車輪角度變化∠β。

主梁長度為29200mm，即弦長為29200mm。上拱度X為26mm,相差1123倍，為了計算弦長的變化量，將主梁實際圓弧近似為兩段直線，組成兩個三角形，利用余弦定理來計算角度。

在得到大車行走機構車輪的變化角度后，根據圖紙，大車行走機構行走臺車與主梁聯接軸的中心線至軌道踏面的距離為1200mm。我們近似一個模型，以聯接軸為圓點，以1200mm為半徑，以∠β為圓心角，來估算大車車輪橫向運動的位移長度。

tan∠1=X/(A/2),tan∠2=X1/(A/2),∠β=∠1-∠2；轉換成弧度，∠β1=(∠β/180)×π；m=1200×∠β1。計算結果見表3:

表3

(3)結論

從表3數據可以看出主梁在受到999.24t負載后，大車行走機構車輪垂直度的變化量最大為0.10203°，大車行走機構大車車輪橫向位移均在2mm左右，最大為2.1358mm。

3.5 故障分析結論

綜上所述，車輪與軌道間隙A=20-10-5-7.8-2.1358=-4.9358mm。

車輪與軌道間隙為負值，必然發生啃軌現象，車輪軸承受到一定的軸向力。當橋機起吊重物時，主梁因荷載下撓變形，車輪與軌道之間的間隙會進一步縮小，這就加大了非導向側車輪調心滾子軸承的軸向荷載，當長時間超出軸承軸向額定荷載極限時，軸承疲勞損壞，出現上述故障現象。

4 后續改進措施

4.1 巖錨梁未來變形預測分析情況

軌道軌距偏差變化與巖錨梁的變形有一定關系。后續措施需加強巖錨梁變形觀測。根據監測人員預測結果:2011年2月～2014年2月期間，左岸最大位移增量為1.35mm，位于安裝間上游392.5m高程，上下游最大累計變化量為1.85mm。右岸最大位移增量為2.88mm，位于18號機組上游385.5m高程，上下游最大累計變化量為3.64mm。

4.2 橋機軌道調整

根據GB10183對橋機軌道安裝規范要求，跨度為28m時，允許軌道軌距偏差為±7.5mm，兩軌道相對標高偏差＜10mm，沿長度方向在垂直平面內的彎曲，每2m測量長度內不得大于2mm。橋機輪距為正誤差5mm，根據監測人員對巖錨梁未來3年的變化趨勢的分析，按照國標要求和實際情況，建議對軌道跨距調整為28005+2.5mm。

5 總結

通過對此次故障的充分分析，溪洛渡建設者提出了具有針對性的解決方案:即對軌道進行調整及進一步加強橋機運行維護。截至目前，溪洛渡電站主廠房橋機大車行走機構實現無故障運行800余天，為溪洛渡電站發電設備安裝做出巨大貢獻，也為國內外同類型地下廠房大跨度橋機設計運行安裝提供了寶貴經驗。

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