利港电厂一期卸船机钢结构加固延寿改造位永超

利港电厂一期卸船机钢结构加固延寿改造位永超
发布时间：2021-08-25T06:45:56.888Z 来源：《福光技术》2021年7期作者：位永超[导读] 利港电厂一期两台卸船机服役时间约 27 年，已进入老化期，钢结构疲态逐步显现，缺陷逐渐增多，如：悬臂梁出现下挠变形、左右两侧拉杆受力不平衡、多处受力点出现裂纹、主箱梁腹板出现内凹变形等等。

江苏利港电力有限公司江苏江阴 214444
摘要：利港电厂一期两台卸船机服役时间约 27 年，已进入老化期，钢结构疲态逐步显现，缺陷逐渐增多，如：悬臂梁出现下挠变形、左右两侧拉杆受力不平衡、多处受力点出现裂纹、主箱梁腹板出现内凹变形等等。

针对这些问题，通过对卸船机钢结构建模计算分析，找出受力薄弱点，提出钢结构加固延寿方案，并在 #1、#2 卸船机上成功实施。

改造后，设备运行稳定，可靠性大大提高，延长了卸船机使用寿命。

关键词：卸船机；钢结构；老化；加固；延寿中图分类号：TH244引言
利港电厂一期煤码头安装的 #1、#2 卸船机为 80 年代末意大利ANSALDO 工业公司制作产品，产品型式为绳索牵引小车桥式起重机，卸船机额定出力 1200t/h，起重量为 28 吨，抓斗自重 11 吨。

于 1992
年建成投用。

已经累计使用约 27 年。

据统计，截止到 2018 年 6 月。

一期煤码头卸煤量约 6564 万吨，
单台卸船机卸载作业总量约为 3282 万吨，根据起重机设备规范，抓斗填充率正常作业时一般为 0.8，考虑到清仓作业和倒肩作业，抓斗填充率平均按 0.65 计算，则累计作业循环次数达 297 万次, 接近 300 万次，根据 F.E.M 标准欧洲起重机械设备规范，卸船机的设计寿命（利用等级A8）为抓斗循环作业 300 万次，可见一期码头两台卸船机已达到其设计寿命。

卸船机钢结构存在问题
经历 20 几年的风雨，利港电厂一期码头 #1、#2 卸船机钢结构已逐步进入老化期，并呈加速趋势。

主要表现在：前桥架箱梁下盖板锈蚀严重，腹板出现内凹变形。

两斜拉杆受力不平衡，主小车运行时存在爬坡现象。

后桥架箱梁出现下翼板与隔板焊缝整体开裂。

运行时，悬臂摆动大，整机晃动大。

两台卸船机存在设备老化、钢结构缺陷多的问题对卸船机的设备安全性、可靠性造成较大的影响。

卸船机钢结构建模计算分析
根据 F.E.M《欧洲起重机械设计规范》，对两台卸船机钢结构工作状态进行检测，分别进行空载、带载检测。

建立有限元计算模型，采用 ANSYS 分析软件。

计算结果如下：
强度
强度计算的结果：结构强度虽满足强度要求，但在特殊工况，如暴风工况，应力已经接近许用应力，特别是结构薄弱环节：门框立柱与联系横梁连接处，处于临界水平，一旦遇到挂舱、埋斗、突发阵风、两机大车碰撞以及司机操作失误等事件，结构随时存在危险。

频率
频率计算的结果：卸船机结构自振频率偏低，在小车（X）方向自振频率仅为 0.5498Hz，大车（Z）方向的自振频率仅为 0.5108Hz，卸船机结构动刚度较差。

疲劳
疲劳计算的结果：结构疲劳不能满足要求，特别是在后大梁悬臂根部区域，由于应力幅偏大，根据FEM 规范，疲劳校核不能满足要求，前大梁跨中部分不能满足疲劳要求。

卸船机钢结构加固延寿方案
钢结构加固延寿改造的目的首先是消除目前 #1、#2 卸船机钢结构存在的明显缺陷。

其次根据检测计算结果，对疲劳点、受力不平衡点进行加固、调整、更换连接件。

再者根据检测计算结果，对影响钢结构动静强度、动静刚度等各项安全指标的关键点进行预见性补强。

加固总图：
料斗支撑梁海测加强
如图中 1 所示，海测门框增加联系斜撑，使得四边形门框支撑变为三角形支撑形式，大大增强了海测门框在大车方向的刚度，从而降低海测门框在大车方向加速或减速引起的晃动位移。

海测、陆侧门退加强及增加海陆侧联系门腿斜撑
如图中 2、3 所示，料斗联系横梁增加三角斜撑，增加立柱与联系横梁连接处的截面尺寸，减小立柱与联系横梁连接处的应力值，增强整机在小车方向的刚度，减小整机在抓斗起升或小车加减速过程中整机在小车方向的晃动位移。

门框大梁加强
如图中 4 所示，在海测门腿和大梁水平联系梁之间，增加三角联系板。

既减少了拐角处的应力集中，又可以作为高应力区域的“观察板”。

三角板的增加，使得拐角部分的应力最大位置，由拐角转移到了三角板上。

拐角处的钢结构疲劳问题，都会在三角板上优先体现，而且非常容易被观察到。

料斗支撑梁陆侧加强及门框增加后斜撑
如图中 5 所示，陆侧门框增加门框联系斜撑，使得四边形门框支撑变为三角支撑形式，大大增加了陆侧门框在大车方向的刚度，从而降低陆侧门框在大车方向加速或减速引起的晃动位移。

本次检测发现东侧后大梁根部下翼板与箱梁内部隔板的焊缝整体开裂。

如图中 6 所示，在后大梁尾部增加门框斜撑，可以改变后大梁悬臂部分的受力形式，大大减小后大梁悬臂根部的应力。

前桥架大梁加强
前桥架箱梁局部出现明显的旁弯、内凹、下挠现象，个别观察孔处的箱梁底板及腹板锈蚀严重。

如图中 7 所示，在前拉杆处，大梁上翼板焊接钢板，尺寸 594mm×6890mm。

大梁跨中处，承载最为严重的下翼板上焊接钢板。

尺寸 792mm×8500mm。

使得原有焊缝的应力幅值大幅降低，确保在现有的载荷荷谱作用下，前大梁的应力疲劳能够满足未来至少十年的安全使用要求。

前大梁表面，对应小车轨道的正下方位置焊接一块厚度 16mm 的钢板，宽度 280mm，长度与轨道相同。

与大梁焊接采用连续焊，保持所贴钢板与大梁之间真空，焊缝表面 MT。

悬臂拉杆拉板更换
如图中 8 所示，卸船机前大梁两根拉杆受力偏差较大，处于受力不平衡状态。

重新制作前拉杆连接板，通过调整连接板的中心距，调节两根拉杆的不平衡度，最终控制两个拉杆的拉力不不均匀度在 5% 左右。

料斗防风板拉杆更换
原料斗防风板的拉杆是采用硬连接，根部直接焊接在悬臂后大梁下翼板上。

卸船机运行过程中，料斗的长时间频繁晃动使得拉杆根部受力疲劳，结果沿焊缝方向直接把下翼板撕裂。

如图中 9 所示，本次重新设计防风板与后大梁的连接，采用铰接的方式释放弯矩，使得连接拉杆仅承受垂直力。

拉杆与后大梁腹板采用对筋焊接，使得受力更加合理，同时在对筋处增加隔板，增加拉杆局部强度和稳定性。

前后大梁铰点耳板连接板
如图中 10 所示，前、后大梁主铰点耳边圆弧连接板原设计有三块钢板焊接而成，连接焊缝多次、反复出现裂纹。

本次对铰点处结构进行加固，连接两片纵向耳板的圆弧连接板上方再设计一整块圆弧连接板并加厚，协调铰点各个厚板之间的刚度匹配，消除应力集中。

后大梁加强
如图中 11 所示，在测试中发现后大梁悬臂根部是最为严重的裂纹区域，在箱梁隔板与下翼板的焊缝处发现一通长通透裂纹。

本次在出现裂纹的下翼板处，焊接钢板。

尺寸 792mm×4720mm。

使得原有焊缝的应力幅值大幅降低，确保在现有的载荷荷谱作用下，前大梁的应力疲劳能够满足未来至少十年的安全使用要求。

后大梁表面，对应小车轨道的正下方位置焊接一块厚度 16mm 的钢板，宽度 280mm，长度与轨道相同。

与大梁焊接采用连续焊，保持所贴钢板与大梁之间真空，焊缝表面 MT。

3.10 主要钢结构连接件的螺栓更换
卸船机门架、牛腿、中间梁、斜撑、前后桥架等主要构件连接螺栓对整机稳定性影响比较大，为减小卸船机整机晃动，降低整机失稳几率，本次检修主要钢结构连接的螺栓全部更换。

高强螺栓共 5224 个，强度等级 10.9 级，每个螺栓配相应大小的 10H 级螺母和垫片
加固后的卸船机钢结构健康测试与安全评估
项目结束后，对两台卸船机钢结构主要受力点、悬臂上翘度进行检测，各项数值达到预期目标，整机晃动明显减小。

其中：
前大梁跨中最大挠度值 fmax=13mm，按 GB3811-2008 要求在试验载荷作用下前大梁最大垂直挠度 fmax 应满足条件： fmax ≤S/1000=21120/1000=21.12mm, 其中 S 为前大梁的跨度。

所以，卸船机前大梁跨中载荷挠度 <21.12mm，满足 GB3811-2008 的要求。

较加固前的 18mm 最大变形值有较大改善。

前大梁左、右箱梁存在（静态）上翘，使得卸船机小车在满载回程时处于下坡的状态，有利于小车运行电机的正常运行。

前大梁自重（无移动载荷）状态下，前大梁左、右两侧的高低差得到了明显的改善。

前拉杆铰点处，左，右两侧高度相差仅仅2mm，使得小车四个车轮的运行更加平稳。

在动态测试中，卸船机整机结构在三个方向上的频率和最大振动位移较先前有了明显的改善。

金属结构晃动时小车轨道方向上（A 向）最大振动幅度发生在 Z2A 测点，#1、#2 卸船机该测点的最大振动位移峰峰（P-P）值分别为：41.00mm、43.00mm。

加固前的最大振动位移峰峰（P-P）值分别为 54.96mm、59.94mm（以 0.62Hz 为中心频率的宽带）。

金属结构晃动时大车轨道方向上（H 向）最大振动幅度发生在 Z1H 测点，#1、#2 卸船机该测点的最大振动位移峰峰（P-P）值分别为:30.70mm、24.53mm。

加固前的加固前的最大振动位移峰峰（P-P）值分别为：38.54mm33.99mm。

金属结构晃动时垂直方向上（V 向）最大振动幅度发生在Z1V 测点，#1、#2 卸船机该测点的最大振动位移峰峰（P-P）值分别为：
23.05mm、27.29mm。

加固前的同位置最大振动位移峰峰（P-P）值分别为：
30.95mm、41.05mm。

结束语
随着时间的流逝，90 年代初服役的大型港机已逐步进入老化期，钢结构健康稳定是大型港机安全运行的基础，特别是布置在阵风、台风较多的港口机械。

因国内尚无先例，利港电厂一期两台卸船机钢结构加固延寿改造除了使自身能够继续稳定运行、有效降低安全风险外，为其他大型港机延长服役期提供了可借鉴的宝贵经验，具有一定的安全和经济效益。

参考文献
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作者简介
位永超（1981），男，河南濮阳人，工程师，从事大型火力发电厂热能动力工程机械设备管理工作(E-mail：****************.cn）。