摘 要:在現(xiàn)代電廠的安全生產(chǎn)過程中,磨煤機齒輪損壞會直接影響機組出力,嚴(yán)重的會導(dǎo)致機組停運。文章針對某電廠配置的美國福斯特惠勒的D-10-D鋼球磨煤機齒輪損壞的形式和原因進行分析,同時結(jié)合近幾年該電廠鋼球磨煤機在安裝到日常維護發(fā)現(xiàn)的問題進行分析,提出了幾點防止磨煤機大小齒輪損壞的方法。
關(guān)鍵詞:齒輪;損傷;點蝕;磨損;斷齒;潤滑
某電廠鋼球磨煤機采用美國福斯特惠勒的D-10-D鋼球磨,全廠共安裝24臺磨煤機。該磨煤機的主要特點是:設(shè)備少,投資小,出力穩(wěn)定,低負(fù)荷時也能保證煤粉細(xì)度;系統(tǒng)有較大的儲備能力,負(fù)荷響應(yīng)速度快。該D-10-D鋼球磨煤機大小齒輪為美國費城齒輪公司制造,大齒輪為分段式環(huán)形齒輪,采用合金鋼淬透、滾銑而成,小齒輪為整體式齒輪,采用鍛造合金鋼淬透、滾銑而成。
從2000年12月#1機組投運至2002年8月#6機組的投運,經(jīng)過近3年的運行,該廠的磨煤機大小齒輪也多次發(fā)生過故障。(表1)
1 鋼球磨煤機齒輪的損傷形式及原因分析
鋼球磨齒輪的破壞和損傷可以分成四種類型:表面疲勞、磨損、塑性流、齒斷裂。
1.1 表面疲勞
表面疲勞是材料的一種損傷類型,即使在潤滑良好時也會出現(xiàn)。它是由于表面或淺表面在重復(fù)載荷作用下,材料的接觸應(yīng)力超過材料的疲勞極限所引起的。表面疲勞的表現(xiàn)形式為點蝕和剝離。
點蝕一般有三種形式:初始點蝕(收斂性點蝕)、破壞點蝕(護展性點蝕)和整體硬淬齒輪的根點蝕。
初始點蝕被認(rèn)為是正?,F(xiàn)象。
破壞性點蝕,當(dāng)齒的表面硬度值在確定范圍內(nèi)時系統(tǒng)過載是這種點蝕的原因。
剝離是指一個大塊齒輪表面材料從齒輪脫落下來。是由于接觸應(yīng)力過大而引起的,同時也與齒輪表面凸起部分有關(guān),淬硬齒輪的表面或淺表面缺陷以及由于不適當(dāng)?shù)臒崽幚懋a(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力也能引起剝離。
1.2 磨損
磨損是指齒表材料從齒輪表面損失掉。分析齒輪磨損的原因可從以下幾個方面入手:磨損程度、磨損類型、磨損形態(tài)。
1.2.1 磨損程度
輕度磨損是設(shè)備安裝后在試運期齒輪接觸表面的粗糙凸起將逐漸被磨掉,直到非常細(xì)致、光滑,使其和表面的齒形曲線一致。在齒輪的壽命范圍內(nèi),這是正常的磨損過程。
適度磨損也稱為正常磨損。這時磨損的速度進行的很慢,在齒輪的壽命期內(nèi),對其性能所產(chǎn)生的影響很小。
破壞性磨損也叫過度磨損,可引起齒面被破壞,齒廓變形,嚙合的均勻性被破壞。這種在運行壽命期內(nèi)過早出現(xiàn)的磨損現(xiàn)象,一般是由于載荷過大、油的污染或者油的粘度太低所致。
1.2.2 磨損的類型
磨料磨損有時稱切削磨損。一般來源于磨煤機大罐入孔門泄露、油中污染物、齒輪的磨損顆粒等。
常見的齒面膠合、齒面刮傷和齒面焊接都屬于粘著磨損。一般和齒輪的材料及潤滑劑的性能有關(guān),也取決于負(fù)荷和材料硬度。
1.2.3 磨損形態(tài)
波浪形輪齒磨損,有時在檢查齒輪時可觀察到波浪或起伏的表面,齒面像被輕度偏轉(zhuǎn)過或者廓形象一個導(dǎo)向槽。目前認(rèn)為是在齒輪運行中出現(xiàn)沖擊和振動負(fù)荷引起的。
齒輪的表面凹凸變形,這種現(xiàn)象的原因目前尚不明確,發(fā)生這種情況時,應(yīng)及時進行修整除去齒面上凸起的部分。
齒輪的凸緣磨損,齒輪裝置的小齒輪經(jīng)常做的比大齒輪稍微寬一點,只要小齒輪的軸向位置安裝合適,一般不會產(chǎn)生什么問題。
溝痕能夠在結(jié)構(gòu)粗糙的工作齒面上看到。目前,可通過減少局部集中的接觸應(yīng)力并保持足夠厚的潤滑油膜即可加以防止。
1.3 塑性流
塑性流是齒面的冷加工變形,它是由嚙合過程中過高的接觸應(yīng)力、滾動與滑動聯(lián)合作用所引起。可以用降低接觸應(yīng)力及增加表面和淺表面材料的硬度來消除。
1.4 齒斷裂
斷裂是齒輪損壞的最終形式。彎曲載荷往往在齒根圓角和齒廓與齒圓角的連接處產(chǎn)生最大應(yīng)力,我們可以把齒輪視為一平面懸臂板,在齒的接觸面上承受拉應(yīng)力,反面則受壓應(yīng)力。如果在關(guān)鍵部位的拉應(yīng)力超過材料的耐久強度,就會產(chǎn)生破壞性裂紋。繼續(xù)運行,將導(dǎo)致輪齒從齒圈上斷裂。
齒根圓角損壞是最常見的疲勞斷裂形式,它是由于重載重復(fù)彎曲應(yīng)力超過材料的持久極限所致。如果輪齒在工作時整個齒面都接觸,這可能是由于系統(tǒng)過載引起,如果工作時只有部分齒面接觸,則可能是由于齒輪的對中不良引起的。因此發(fā)生斷齒后要仔細(xì)檢查確定是齒面局部受載引起的還是系統(tǒng)過載引起的。從而采取有效的措施。
齒頂部位斷裂也是一種斷裂形式,這種斷裂一般是由于輪齒上有缺陷從而使這一區(qū)域產(chǎn)生很高的應(yīng)力集中而造成的。一種為裂紋或微細(xì)的磨痕在重復(fù)應(yīng)力循環(huán)作用下不斷擴展最終導(dǎo)致斷齒;另一種為熱處理不當(dāng),導(dǎo)致殘余應(yīng)力過高或齒胚在介質(zhì)中淬火時產(chǎn)生裂紋,同樣也會引起在非齒根部位的齒斷裂。如果出現(xiàn)這種情況,就要和制造廠聯(lián)系進行分析。
2 鋼球磨煤機大小齒輪安裝、潤滑維護
2.1 鋼球磨煤機大小齒輪安裝
從齒輪損壞的原因分析可以看出,齒輪的損壞和齒輪是否正確安裝關(guān)系密切,因此鋼球磨安裝時要做好以下幾點防范措施:
(1)清理兩半齒輪的防腐油及雜物,檢查其質(zhì)量,齒面應(yīng)光滑,不得有砂眼、裂紋等缺陷。
(2)按廠家說明書將大齒輪上下兩部分通過分段接頭就位。
(3)檢查大齒輪的軸向晃動(端面瓢偏度),大齒輪的瓢偏應(yīng)小于0.022英寸。
(4)檢查大齒輪的徑向跑偏應(yīng)小于0.026英寸。
(5)調(diào)節(jié)背隙和接觸面。背隙為0.110-0.120英寸(71F-90F),接觸面至少為齒寬的70%和齒深的35%。
2.2 鋼球磨煤機大小齒輪的潤滑
對于大小齒輪的壽命而言,除正確的安裝外,正確的維護和潤滑也是至關(guān)重要的。因潤滑不當(dāng)(油品選用不當(dāng)、噴淋量及噴淋間隔不當(dāng)、運行中斷油)引起的齒輪損壞時有發(fā)生。下面以該廠Farval自動噴淋系統(tǒng)來說明大小齒輪的潤滑維護。
2.2.1 正確選用潤滑油
由于鋼球磨的大小齒輪屬于低速重載齒輪,極易損壞,因此一般要選用齒輪制造廠推薦的潤滑油。目前國際知名的磨煤機噴淋油生產(chǎn)廠家有:Whitmore's、Mobil、Petron等公司。而國際知名的鋼球磨生產(chǎn)廠家Foster Wheerler和 Svedala分司都把Whitmore's生產(chǎn)的噴淋油作為初裝用油。目前國內(nèi)使用Whitmore's噴淋油的電廠也比較多,有山西陽泉二電廠、河津電廠、安順電廠、清遠(yuǎn)電廠、鄒縣電廠、邯峰電廠、陽城電廠等。
2.2.2 鋼球磨噴淋油系統(tǒng)安裝檢修后的調(diào)試
(1)檢查整個潤滑系統(tǒng)有無泄露、管路破裂等問題。
(2)設(shè)定噴淋程序。一般調(diào)試時各集成塊應(yīng)保持原有設(shè)定。
(3)潤滑油的儲存和運輸。潤滑油應(yīng)在室內(nèi)儲存,不宜暴露于溫度過高或過低的地方。避免潤滑油粘度太大,泵不能泵送,粘度太小,性能下降。
(4)根據(jù)Farval提供的說明書對SS4200控制器進行編程和系統(tǒng)調(diào)試。
2.2.3 鋼球磨噴淋油系統(tǒng)的維護
(1)定期排放氣控閥板上空氣過濾器中的水,以免過濾器失效,水流入泵內(nèi)。導(dǎo)致油泵不能正常工作。
(2)定期檢查噴淋油桶內(nèi)有足夠的噴淋油,防止油品供應(yīng)不足,同時要保持油品清潔,以免混入雜質(zhì)后,導(dǎo)致計量閥卡澀或噴嘴堵塞。
(3)定期清理換向閥入口處油過濾器,使其能正常工作。
(4)定期檢查整個系統(tǒng),包括供油軟管,管接頭;用頻閃燈檢查齒面的潤滑情況,良好的潤滑狀態(tài)齒輪工作表面應(yīng)為咖啡色,如檢查中發(fā)現(xiàn)齒輪工作表面產(chǎn)生明亮的金屬光澤,說明潤滑不良,應(yīng)停設(shè)備檢查;檢查噴嘴的噴射情況,方法如下:可用一塊紙板或木板放在噴嘴前面,啟動系統(tǒng)查看噴射面積大小及分布情況,保證齒輪表面潤滑劑能完全覆蓋齒面。
(5)一年或兩年用清洗劑或柴油對系統(tǒng)進行徹底清洗,以延長其使用年限。
實際工作中我發(fā)現(xiàn)齒輪損壞往往是幾種形式同時出現(xiàn),因此我在分析問題時要結(jié)合現(xiàn)場的實際情況從多方面查找,有條件的公司可以請經(jīng)驗豐富的專家一起分析解決??傊灰_的選用、安裝大小齒輪,正確的選用潤滑油和精心的維護,就可以避免人為因素引起的大小齒輪的損壞,從而提高公司生產(chǎn)經(jīng)營的安全性和經(jīng)濟性。
參考文獻
[1]D.L.BORDEN G.A.HOLLOWAYA.齒輪的破壞和損傷形式[Z].
[2]美國福斯特惠勒.D-10-D磨煤機的安裝[Z].
[3]陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司西門子C311教程[Z].