火电厂斗轮堆取料机行走轨道及其紧固件断裂原因分析及处理

陈顺青 刘 江 金 虎 张 杰

国能河北沧东发电有限责任公司 沧州 061003

0 概述

在火电厂中，斗轮堆取料机（以下简称斗轮机）是重要的煤场中转设备[1]，其具有连续作业、效率高、功耗低的优势[2]。某火电厂2 台DQ4000/1500·35 型悬臂式斗轮堆取料机于2006年投产使用，具有单向堆料、单向取料及来料分流功能，主要由斗轮机构、悬臂带式输送机、俯仰装置及系统、回转机构、行走、尾车等组成。斗轮机行走轨道使用的轨道为P50 kg/m-12.5 m 标准轨道，采用预埋锚固螺栓、轨道胶垫、压板等固定装置将轨道固定安装于混凝土基础上。

火电厂维护人员巡检时发现斗轮机行走轨道及其紧固件出现严重腐蚀甚至断裂的问题，如图1、图2所示。本文对问题产生的原因进行分析，结合分析结果及现场实际情况决定开展斗轮堆取料机轨道后锚固技术研究及应用工作，并解决了上述问题。

图1 斗轮机行走轨道预埋锚固螺栓腐蚀

图2 斗轮机行走轨道断裂

1 原因分析

斗轮机行走机构实现斗轮机沿轨道方向的运行，并起到支撑设备的作用[2]。根据生产厂家提供的数据可知火电厂使用的斗轮机总质量为413 748 kg，一旦行走轨道出现严重变形、断裂脱开等现象时将会导致斗轮机脱轨倾覆[3，4]，严重威胁斗轮机司机的人身安全以及火电机组的安全可靠运行。

从保障人身安全和机组安全可靠运行的角度考虑,本文从运行环境、维护保养、设计选型等方面展开分析，探究斗轮机行走轨道及其紧固件出现严重腐蚀甚至断裂的具体原因。

1.1 运行环境

1）火电厂地处港口沿海地区，沿海盐雾气候较为严重，对斗轮机行走轨道及其紧固件等金属部件有腐蚀作用。

2）斗轮机工作时生产落料、粉尘较多，需要日常保洁冲洗行走轨道基础，但是冲洗水氯离子含量较高，加之长期的冲刷导致斗轮机行走轨道及其紧固件等金属部件腐蚀加剧。

3）斗轮机行走轨道由鱼尾板相互连接固定，轨道接头处存在一定间隙[5]，行走轮通过间隙时会产生较大振动，长期的频繁振动压碎轨道接口处的混凝土基础造成轨道下沉，严重时造成轨道接口处轨顶面存在明显高度差，行走轮通过时瞬间局部应力集中造成轨道断裂。

4）斗轮机在轨道上行走时混凝土基础承受的冲击力较大，容易导致混凝土基础开裂、破碎。此外，混凝土基础在硬化过程中设计有伸缩缝，冲洗水容易渗入伸缩缝中，斗轮机行走时对混凝土基础产生的压力又会将渗入伸缩缝中的冲洗水挤出，长期往复作用容易使轨道基础出现孔洞、破碎。轨道基础开裂、破碎情况如图3所示。轨道基础的长期开裂、孔洞、破损容易造成轨道基础沉降不均，当行走轮通过轨道基础沉降不均部位时由于瞬间局部应力集中造成轨道断裂。

图3 轨道基础开裂破碎

1.2 设计选型

由于火电厂斗轮机于2006年投入生产使用，至今已应用约17 a，受限于当时设计选型的局限性，传统斗轮机轨道的固定压板设计形式为直接固定在预埋锚固螺栓上，预埋锚固螺栓直接承受来自轨道的荷载，受力条件较为恶劣，容易造成预埋锚固螺栓松动。此外，传统的固定压板不能进行侧向调节，安装时无法保证固定压板与轨道的可靠接触（尤其在预埋锚固螺栓松动，固定压板产生位移时）。当斗轮机堆取料时产生的侧向力作用在固定压板上，由于轨道在侧向力的作用下相对不会弯曲，侧向力将由固定压板来承担，此时如果预埋锚固螺栓已严重腐蚀则很容易导致预埋锚固螺栓因强度不够而造成断裂。

1.3 维护保养

1）斗轮机在轨道上长期往复行走时产生的振动容易导致压板、鱼尾板的固定螺栓松动，若未定期维护紧固将会加剧固定螺栓磨损变形（如图4所示），破坏轨道固定系统，轨道随之松动变形，长此以往恶性循环导致紧固件断裂、轨道损坏。

图4 磨损变形的鱼尾板固定螺栓

2）轨道下的胶垫板需要承受斗轮机在轨道上往复行走时产生的压力，长期的反复压缩会使胶垫板严重变形，超出橡胶垫的伸长率而破损。一旦胶垫板发生破坏且未得到及时更换，轨道与基础之间便会存在较大缝隙，明显加大轨道的应力，会造成应力集中现象愈加明显。如此恶性循环，将加速轨道的断裂损坏。

综上分析，运行环境造成斗轮机行走轨道紧固件的初始腐蚀、磨损、变形，由于固定系统设计选型不合理，斗轮机在运行时造成紧固件松动和受力不合理，加之维护保养不到位加剧紧固件的损坏，上述因素综合叠加导致轨道紧固件在某一时刻断裂；运行环境造成斗轮机行走轨道基础不均匀沉降，且未对轨道基础及时维护保养，当行走轮通过轨道基础沉降不均匀部位时由于瞬间局部应力集中造成轨道断裂。

2 问题处理

2.1 方案确定

考虑到运行环境短期内很难改变，优先从优化轨道固定系统设计选型和加强日常维护保养方面入手解决斗轮机行走轨道及其紧固件断裂的问题。参照机械行业标准《重型起重运输轨道用固定联结件》、《起重运输轨道用固定装置》，目前常用的轨道固定装置技术为轨道支撑垫板和紧固装置组成的柔性固定技术，其中轨道支撑的垫板一般由胶泥、钢垫板和橡胶垫板组合而成[6]。轨道放置于钢垫板上，轨道基础沉降不均的部位可以通过调整胶泥的厚度进行补充调整。

由于火电厂原轨道固定系统因预埋锚固螺栓腐蚀情况较为严重，已不具备单独利用的可能，若采用轨道柔性固定技术只能考虑重新制作混凝土基础并预埋锚固螺栓或在原混凝土基础上利用混凝土结构后锚固技术[7]对锚固螺栓重新逐个钻孔。与常规的预埋式锚固相比，后锚固技术的优势在于成本低、施工快、工期少[8]。由于火电厂斗轮机运行轨道较短，而且需要配合机组燃料掺配供应需求进行取煤作业及燃煤调运进行卸储煤作业，启停随意性较强，不具备长时间停运作业条件，故后锚固技术相较于预埋式锚固有明显的施工优势。

2.2 方案研究

目前，植筋技术是后锚固技术常用的一种技术[9]，其原理是通过粘结胶凝材料将钢筋（或全螺纹螺杆）固定于原结构上。经过阅读大量文献资料和实地考察同类施工项目后，选择一种有机类（改性环氧树脂类）锚固胶和一种无机类(硅酸盐类矿物和某种碱激发剂为原材料)锚固胶分别开展后锚固植筋性能研究。

本文采用M24 全螺纹螺栓进行后锚固植筋，植筋孔径直径为32 mm、锚固深度为270 mm。分别开展12 h、24 h、48 h 和10 d 的锚栓拉拔试验，发生破坏性现象的锚栓都是被直接拔出或出现根部的锥体破坏（见图5、图6），具体试验结果如表1所示。

表1 后锚固植筋性能结果 kN

图5 无机胶锚栓拉拔试验发生锥体破坏

图6 有机胶锚栓拉拔试验直接被拔出

由试验结果可知，相对于有机类植筋胶而言，无机类植筋胶的后锚固硬化强度更高、凝固时间更快，可以保证锚固材料与混凝土结构界面之间足够的粘结锚固强度，能够有效、稳定地传递锚固力。此外，无机类植筋胶相对有机类植筋胶还有成本低、施工工艺简单、绿色环保等优势[10]。综合考虑以上因素，决定采用无机类植筋胶开展后锚固植筋施工。

2.3 方案实施

GB 50550—2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》对常规的后锚固植筋施工方法及步骤进行了详细的描述。由于火电厂斗轮机不具备长时间停运作业条件，施工人员结合现场工作实际，对常规的后锚固植筋施工方法及步骤进行了优化，提出了一种火电厂斗轮堆取料机轨道后锚固植筋施工方法及步骤：1）放线定位、钻孔并清孔；2）螺栓锚固及拉拔试验；3）拆除原固定装置及轨道；4）基础抛锚及固定装置试安装；5）固定装置整体标高复核调整及基础找平；6）新固定装置安装固定；7）轨道安装、调整、检测及斗轮机局部轨道试运；8）不同作业区域重复步骤3）～步骤7）的工作内容；9）轨道整体调整、检测及斗轮机整体试运。

此施工方法可以在斗轮机轨道不拆除的前提下，充分利用斗轮机停运间隙在原有轨道基础上分段分区域先进行钻孔、锚栓等施工，施工过程中等待斗轮机具备较长停运条件时进行新固定装置和轨道的安装工作。该方法可以最大限度利用斗轮机停运间隙且使锚固胶充分固化达到理想承重状态，可以有效提高施工效率。相较于传统后锚固施工方法此种方法对放线定位的施工精度要求更高，否则新固定装置将无法安装。本文提供了一种火电厂斗轮机轨道后锚固施工装置，如图7、图8所示。

图7 一种火电厂斗轮机轨道后锚固施工装置总貌图

图8 一种火电厂斗轮机轨道后锚固施工装置侧视图

放线定位结束后即可以开展钻孔施工，钻孔施工清孔后安排锚栓作业，锚栓时为了保证新固定装置安装精度，需要使用螺母将锚固螺栓加长，以便新固定装置的钢垫板高于轨道高度，从而保证锚固后的螺栓能够与新固定装置的钢垫板正常匹配安装（见图9），通常情况下锚固胶1 h 左右能够达到初凝状态，便可将钢垫板拆除，从而不影响斗轮机正常运行。

图9 新固定装置紧固螺栓锚固安装现场施工图

通过利用上述施工方法及装置，最终实现了火电厂斗轮机轨道后锚固的高效施工。

3 结语

燃煤精准掺配是火电厂经济高效运行的必然选择，斗轮机是保证燃煤供应和精准掺配的关键设备，直接影响火电机组的安全、经济运行。鉴于斗轮机在火电机组中的重要作用，本文开展了斗轮机轨道后锚固植筋性能研究和应用，消除了安全隐患。在应用过程中提出的一种火电厂斗轮机轨道后锚固施工方法和装置可为同类问题的处理提供借鉴，可以有效提高施工效率，降低施工成本。此外，建议后续运行过程中加强斗轮机行走轨道及其紧固件的日常维护保养工作，如定期检查紧固件的松紧情况、紧固件定期涂抹防锈脂、轨道基础破损部位及时修复等，避免出现因维护保养不到位造成斗轮机行走轨道及其紧固件断裂的情况。