水電站在役通用門式起重機安全評估

陳源

（廣西壯族自治區特種設備檢驗研究院，廣西 南寧 530200）

橋門式起重機是水電站安全運行和設備檢修的專業起重設備。橋式起重機主要用于電站廠房內重要發電設備及輔助裝置的吊裝和檢修，門式起重機主要承擔大、中型閘門的升降，以達到閘門的開啟與關閉的目的。目前，生產技術和規則不斷改進，安生生產管理與監管水平逐步提高，使其起重機的質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重超齡，特別是處于壩頂受復雜環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；按小車數量分為單小車、雙小車、多小車。

根據水電站一般需要承載能力強、跨度大、整體穩定性好、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構

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、行走機構、電控系統等組成。具體結構如圖1所示。

圖1 通用門式起重機結構

3 安全評估的內容

根據GB/T 41510-2022《起重機械安全評估規范 通用要求》及通用門式起重機組成結構，安全評估內容包括重要結構和機械、電氣、安全防護裝置等關鍵零部件的外觀檢查、無損檢測、載荷試驗以及應力測試。

外觀檢查包括對重要結構件、關鍵零部件的腐蝕、磨損、裂紋、變形等情況檢查；無損檢測包括重要結構件和關鍵零部件的裂紋與焊縫質量檢測；載荷試驗包括對整機承載能力及機構、電氣和安全防護裝置的運行狀況、性能與功能的測試；結構應力測試包括重要結構件的靜態和動態測試。

4 在役通用門式起重機的安全評估

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

表1 評估設備的主要技術參數

4.1 重要結構件腐蝕、磨損、裂紋、變形檢查

對起重機的重要結構件、關鍵零部件進行腐蝕、磨損、裂紋、變形檢查，首先，需對檢測的結構件檢查部位進行去除油漆和浮銹，并應用超聲波測厚儀、游標卡尺等儀器進行檢測。

重要結構件、關鍵零部件腐蝕、磨損測量結果如表2所示，變形測量結果如表3所示。

表2 腐蝕、磨損測量結果

表3 變形測量結果

4.2 重要結構件和關鍵零部件的無損檢測

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

圖2 受力結構件無損檢測

表4 受力結構件無損檢測

經過對起重機的結構件焊縫進行抽查磁粉探傷，發現閘門吊具受力橫梁與下耳板角焊縫4mm裂紋，如圖3所示。對于發現的缺陷，建議使用單位打磨裂紋至內無裂紋深度處，并由專業焊接人員進行補焊。

圖3 焊接缺陷

4.3 整機機構、電氣和安全防護裝置檢查

對通用門式起重機工作機構、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。

按相關標準的規定，首先，對通用門式起重機的結構、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。機械結構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 機械結構及主要零部件檢查

表6 電氣及安全防護裝置檢查

4.4 應力測試

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

本次靜態應力測試使用的儀器為“TDS-530”數據采集器，如圖4所示。該儀器是一種全自動多通道數據采集儀，新的A/D轉換器技術確保在高速采樣下保持精度和穩定度，分辨率0.1me，自動采集存儲應變數值。動態應力測試使用的儀器為“TMR-200”小型多通道動態數據采集儀，如圖5所示。該儀器具有全數字式電腦控制采集、存儲數據，采樣頻率范圍寬并可根據要求選擇、適合現場使用等特點。

圖4 TDS-530 數據采集器

圖5 TMR-200數據采集儀

通用門式起重機承載主梁為箱形梁，設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力敏感區域位置貼片，應變片規格采用5×3（mm）單向應變片，貼片方案如表7所示。

表7 應變片粘貼位置及編號

根據測試方案，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，記錄各應變片靜態應變值，1.25倍額定載荷工況下各測點應力值如表8所示；小車行走至不同位置，進行起升及下降，進行動態應力測試，采用動態數據采集儀記錄行走過程各應變片應變值，1.1倍額定載荷工況動態載荷試驗如圖6所示。

圖6 1.1倍額定載荷工況動態載荷試驗

表8 1.25倍額定載荷工況下各測點應力值（MPa）

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

對不同工況動態載荷試驗進行分析，隨著載荷的增加，各測點最大應力值基本上隨著增加。在不同工況整個動態測試過程中，各測點的最大應力值均小于材料的許用應力。因此，金屬結構的動應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，其重要結構件腐蝕、磨損、裂紋、變形檢查符合要求；重要結構件和關鍵零部件的無損檢測，發現閘門吊具受力橫梁與下耳板角焊縫4mm裂紋，經過專業焊接人員打磨裂紋至內無裂紋深度處，并進行補焊，再次進行磁粉檢測符合要求；整機機構、電氣和安全防護裝置檢查與試驗符合要求；應力測試測試靜強度、動應力水平滿足起升額定載荷的工作需求。整機評定為合格。

6 結語

本文通過外觀檢查、無損檢測、載荷試驗以及應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，不僅保障了設備安全，而且節約了成本。

目前，面對大量超過規定使用年限的老舊起重機，應將評估技術、數據挖掘技術、互聯網技術相結合，解決評價尺度不一、經驗不足、數據再利用等問題，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是一種重要的突破。