滑轮变比法在水电站桥式起重机载荷试验中的应用

郭东楷，史恩泽

(1.辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁 丹东 118000；2.国网东北分部绿源水力发电公司太平湾发电厂，辽宁 丹东 118000)

0 引言

根据GB 5905—86《起重设备试验规范和程序》的规定，桥式起重机在新安装、改造或大修后应进行载荷试验，目的是检验设备的性能是否符合技术规范的要求，检查桥架等金属结构部件是否满足吊装时承担载荷的需求，检查起升机构和行走机构的传动装置运行是否平稳可靠，检查过载保护装置、限位装置和制动装置的动作是否可靠，检查控制系统和电气元件的工作性能是否可靠及正常。

标准的载荷试验包括静载荷试验和动载荷试验，需要分别吊起1.25倍和1.1倍额定负荷的载荷。然而绝大多数水电站的地理位置位于地势偏远、交通不便的山区，而大型起重设备载荷大，需要的试重块较多，一般离租用试重块的地点较远，不仅成本高，还存在相当大的运输安全风险。因此，针对偏远山区大型桥式起重机制订一套适合的载荷试验方案意义重大，方案应考虑不需要吊装大量的配重载荷，又能达到等同于标准载荷试验的试验效果。

1 水电站桥式起重机改造任务

1.1 水电站概况

某水电厂位于辽宁省丹东地区，运行管理着鸭绿江下游2座梯级水电站。电站A于1985年投产发电，厂房内装有2台单小车桥式起重机，1号桥式起重机额定起重质量为250 t/50 t/5 t，2号桥式起重机额定起重质量为250 t/30 t/5 t，吊装最大部件发电机转子时，需要2台桥机通过平衡梁并联，同步抬吊转子。电站B于1989年投产发电，厂房装有1台双小车桥式起重机，额定起重质量为2×200 t/30 t/5 t，吊装最大部件发电机转子时，需要双小车通过平衡梁并联，同步抬吊转子。

2017年，该水电厂对电站A，B的3台桥式起重机进行了改造和大修。

1.2 改造和检修内容

(1) 更换主、副起升机构的电动机和制动器，以及大、小车行走机构的电动机和制动器。

(2) 更换整车动力系统、控制系统和保护装置。

(3) 主、副起升机构的减速器分解检修；卷筒、滑轮组、吊钩检修；更换钢丝绳。

(4) 大、小车行走机构减速器分解检修；车轮检修及轴承更换；大、小车金属桥架和轨道检查。

2 试验方案

2.1 改造后需要试验和检测的通用项目

按照GB/T 14405—2011《通用桥式起重机》的规定，桥式起重机在改造和检修后需要进行载荷特性、相关设备技术、功能等方面的检验，合格后方可交付使用，主要包括以下内容。

(1) 载荷起升高度验证。

(2) 吊钩极限位置验证。

(3) 载荷升降速度检验。

(4) 大、小车运行速度检验。

(5) 大、小车行走限位装置可靠性检验。

(6) 驱动装置(电动机、减速器等)性能验证。

(7) 起重机金属桥架的结构检验。

(8) 起重机各机构制动装置的功能验证。

(9) 双车并联同步试验。

2.2 桥式起重机载荷试验面临的困难

如果按照起重设备行业标准的载荷试验要求进行1.25倍额定起重质量的静载荷试验，电站A桥式起重机需要的试验载荷为：

250×1.25=312.5 t。

B电站桥式起重机需要试验载荷为：

200×1.25=250 t。

对于试重件的选取，目前的获取渠道主要包括：租用生铁砝码或钢筋、工地现场预制混凝土试块和租用专业试重水袋。

(1) 租用生铁砝码或钢筋。由于2座电站所处地理位置附近地区无钢厂等大型企业，或者虽有较大型企业但无法提供如此多的重物作为试验载荷，获取试验载荷十分困难；其他邻近地区虽有本钢、鞍钢等大型钢厂，但距离较远，租金昂贵，加之运输条件差，尤其是电站B，地处偏僻，公路狭窄，路桥荷载低，弯路和山路多，运输大量的试验载荷危险性较大。

(2) 预制混凝土试块。由于混凝土密度相对钢材轻，需要的预制试重量大，占用空间场地面积大，现场存放存在一定的困难；制作周期长、使用成本高；如果2座电站需要互用的情况下，存在狭窄弯路运输的安全风险。

(3) 租用专业试重水袋。试重水袋整体材料采用高强尼龙织物双径、双峰、双面PVC复合气密材料，使用时通过向袋内注入与试验负荷等重的水，试验时将水袋固定在桥式起重机的吊钩上，试验完毕后将袋内的水排出。该方法的优点是使用方便，但由于水的密度小，仅为1 t/m3，要满足标准的试验负荷，占用的空间体积相当大。根据电站厂房内的条件，电站B安装间区域的地面距离桥机吊钩上限位最大距离为10.25 m，如果按照标准水袋的设计尺寸计算，充水完毕后，若要满足主钩起升200 mm行程的要求，至少需要11.45 m的距离，故安装间段地面位置无法满足试验要求；若考虑将桥机开到机组间段上方，又因该区域下方有投运多年的发电机组、控制盘柜等大量的设备，一旦出现漏水或脱落，则风险无法预计。

基于上述困难，桥机改造前，该厂技术人员通过向专业厂家咨询和互联网查找等有关桥式起重机载荷试验的方法，结果没有得到适合该厂设备的方案。而这两座电站现场除平衡梁可以作为试验载重的一部分外，厂内无其他适合的吊装物，附近一些工厂可租用的试验试重最多不到70 t。因此，需要研究制定一个新的试验方案，要求方案既安全又节约成本，同时又能达到桥机各项性能试验的目的。该厂将其做为一个创新课题，安排专业人员进行研究论证。

2.3 方案论证

(1) 试验条件。载荷起升高度、吊钩极限位置验证，大、小车行走限位器的可靠性检验，大、小车运行速度检验，均可在空载或低负荷条件下进行。

(2) 桥式起重机金属桥架结构承载检测。因设备改造时未进行任何金属桥架的结构改动和施工，桥机最大载荷试验在1987年设备安装完成后，已进行标准的静载荷和动载荷试验，且通过了地方政府安全监督部门的验收，说明产品的设计是满足使用要求的。

对于结构性检测，可通过对主梁上拱度进行检验，看其是否满足相关规范要求。若合格，则进一步说明桥机的设计尺寸满足使用要求，金属结构的质量可通过委托有资质的专业单位对桥架结构的主要承载点的焊缝进行无损探伤检测来判定。如果无异常，则说明桥架在运行30年后，无损伤且满足承载要求；如果有异常，则可能需要进行现场修复处理，修复完成后再进行无损检测，直到合格为止。

(3) 起升机构的动载荷试验。主要是检验起升电机、减速器、制动装置、过载保护装置等部件的性能，可考虑滑轮变比法。

桥式起重机起吊重物是通过卷筒和滑轮组，载荷由多股钢丝绳承担，工作中起升电机、减速器和制动装置仅承受一股钢丝绳的作用力，其大小为载荷与钢丝绳的股数之比。采用改变起升机构滑轮组变比的方法，通过减少钢丝绳的股数，试验负荷也可同倍数的减少，在该条件下进行动载荷试验，起升电机、制动装置、过载保护装置等部件会得到与标准负荷条件下相同的检验效果。

取消滑轮组用钢丝绳直接捆绑载荷或者减少承载滑轮的数量，可以使被检验部件达到国家标准要求的1.1倍动载荷试验目的。

电站A，B的3台桥式起重机的主起升机构均为双绳机构，吊钩动滑轮组为6个动滑轮(每绳为3个滑轮缠绕)。电站A在275 t载荷的情况下，每根钢丝绳的受力为：275÷(6×2)=22.917 t。

电站B在220 t载荷的情况下，每根钢丝绳的受力为：220÷(6×2)=18.333 t。

2.4 方案确定

根据电站A， B设备的实际条件和已有负荷(平衡梁)的外形尺寸，确定如下方案。

(1) 电站A使用已有的平衡梁，平衡梁长11.2 m，宽2.22 m，重30 t，拆下主钩和滑轮组不用，用钢丝绳直接捆绑平衡梁，捆绑时注意吊装夹角，防止脱出滚筒上钢丝绳导槽，这样仅需试验载荷275 t的1/6 (45.83 t)，除去平衡梁重量30 t，主钩还需试验载荷16 t。

(2) 电站B使用已有的平衡梁，平衡梁长4.4 m，宽1.76 m，重11.2 t，为防止用钢丝绳直接捆绑在平衡梁的两端时外夹角偏大导致钢丝绳在起升时互相摩擦或脱出滚筒上的钢丝绳导槽，使滚筒两端引下的钢丝绳只穿过一个动滑轮，即吊钩6个动滑轮中只用其中2个，此时最大试验载荷为220 t的1/3 (73.34 t)，除去平衡梁自重11.2 t及主钩自重4.66 t，主钩还需试验载荷57.48 t。

(3) 电站A，B的副起升机构动载荷试验，按标准方法进行。

通过技术论证，两座水电站的3台桥式起重机动载荷试验，利用现有负荷，需租用的载荷不超过60 t，在技术上完全可行。

3 桥机改造试验应用效果

桥式起重机改造试验方案获得了地方安全监督部门的批准，在电站A，B的改造项目施工完成后，测量桥式起重机主梁桥架上拱度为：电站A 1号桥机上拱度19 mm、2号桥机上拱度18 mm及电站B桥机上拱度14 mm，均满足不小于0.7S/1 000的规范要求(S为主梁跨度，SA=23 m，其标准上拱度为16.1 mm；SB=19 m，其标准上拱度为11.9 mm)。对金属桥架的主要承载点焊缝进行100 %探伤检查，未发现缺陷。

2017年6月和7月分别对电站A，B的桥式起重机进行了运行机构和动载荷试验，试验结果显示一切正常。

(1) 大、小车运行机构，以及主、副起升机构的电机在各档位电流正常。

(2) 传动机构运行平稳、声音正常。

(3) 控制系统、保护装置和限位装置动作可靠。

桥式起重机在改造和试验完成后，电站A的2台桥式起重机于2017年10～12月的机组B级检修期间进行了全面检测，未发生制动失灵、滑钩、过流等异常现象，在各种负荷条件下运行平稳，声音正常。

电站B的桥式起重机于2017年10月至2018年6月的机组改造期间进行了全面检测，也未发生制动失灵、滑钩、过流等异常现象，在各种负荷条件下运行平稳，声音正常。

这两座电站的实践检验证明，应用滑轮变比法进行桥机动载荷试验是成功的。

4 结束语

桥式起重机试验是在设备安装、检修和改造工作完成后必需进行的一项重要工作，其试验结果的优劣将直接影响到设备能否安全使用。

该水电厂技术人员根据起重设备试验规范和程序的要求，从电站的地理位置、运输的难易度、试验载荷的租用等实际情况出发，结合电站桥式起重机的具体结构，制定了桥式起重机试验方案，创新地将滑轮变比法原理应用于桥式起重机载荷试验，用较少的试验载荷达到了桥式起重机性能试验的目的，同时还节约了资金，缩短了试验时间，为水电行业桥式起重机试验积累了经验。

滑轮变比法适用于桥式起重机改造(未进行桥架结构变动)或大修后的动载荷试验，具有较大的推广应用价值。