鋼球磨煤機(jī)齒輪損傷形式及原因分析

摘 要：在現(xiàn)代電廠的安全生產(chǎn)過程中，磨煤機(jī)齒輪損壞會(huì)直接影響機(jī)組出力，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)。文章針對(duì)某電廠配置的美國福斯特惠勒的D-10-D鋼球磨煤機(jī)齒輪損壞的形式和原因進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合近幾年該電廠鋼球磨煤機(jī)在安裝到日常維護(hù)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，提出了幾點(diǎn)防止磨煤機(jī)大小齒輪損壞的方法。

關(guān)鍵詞：齒輪；損傷；點(diǎn)蝕；磨損；斷齒；潤滑

某電廠鋼球磨煤機(jī)采用美國福斯特惠勒的D-10-D鋼球磨，全廠共安裝24臺(tái)磨煤機(jī)。該磨煤機(jī)的主要特點(diǎn)是：設(shè)備少，投資小，出力穩(wěn)定，低負(fù)荷時(shí)也能保證煤粉細(xì)度；系統(tǒng)有較大的儲(chǔ)備能力，負(fù)荷響應(yīng)速度快。該D-10-D鋼球磨煤機(jī)大小齒輪為美國費(fèi)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(jī)組投運(yùn)至2002年8月#6機(jī)組的投運(yùn)，經(jīng)過近3年的運(yùn)行，該廠的磨煤機(jī)大小齒輪也多次發(fā)生過故障。（表1）

1 鋼球磨煤機(jī)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(shí)也會(huì)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(diǎn)蝕和剝離。

點(diǎn)蝕一般有三種形式：初始點(diǎn)蝕（收斂性點(diǎn)蝕）、破壞點(diǎn)蝕（護(hù)展性點(diǎn)蝕）和整體硬淬齒輪的根點(diǎn)蝕。

初始點(diǎn)蝕被認(rèn)為是正常現(xiàn)象。

破壞性點(diǎn)蝕，當(dāng)齒的表面硬度值在確定范圍內(nèi)時(shí)系統(tǒng)過載是這種點(diǎn)蝕的原因。

剝離是指一個(gè)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(shí)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(gè)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(yùn)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(shí)磨損的速度進(jìn)行的很慢，在齒輪的壽命期內(nèi)，對(duì)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(yùn)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(shí)稱切削磨損。一般來源于磨煤機(jī)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(shí)在檢查齒輪時(shí)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(gè)導(dǎo)向槽。目前認(rèn)為是在齒輪運(yùn)行中出現(xiàn)沖擊和振動(dòng)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(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)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(diǎn)，只要小齒輪的軸向位置安裝合適，一般不會(huì)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(dòng)與滑動(dòng)聯(lián)合作用所引起?？梢杂媒档徒佑|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(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生破壞性裂紋。繼續(xù)運(yùn)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(shí)整個(gè)齒面都接觸，這可能是由于系統(tǒng)過載引起，如果工作時(shí)只有部分齒面接觸，則可能是由于齒輪的對(duì)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(kuò)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(shí)產(chǎn)生裂紋，同樣也會(huì)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(jìn)行分析。

2 鋼球磨煤機(jī)大小齒輪安裝、潤滑維護(hù)

2.1 鋼球磨煤機(jī)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(shí)要做好以下幾點(diǎn)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(dòng)（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(jī)大小齒輪的潤滑

對(duì)于大小齒輪的壽命而言，除正確的安裝外，正確的維護(hù)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(yùn)行中斷油）引起的齒輪損壞時(shí)有發(fā)生。下面以該廠Farval自動(dòng)噴淋系統(tǒng)來說明大小齒輪的潤滑維護(hù)。

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(jī)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(gè)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(shí)各集成塊應(yīng)保持原有設(shè)定。

（3）潤滑油的儲(chǔ)存和運(yùn)輸。潤滑油應(yīng)在室內(nèi)儲(chǔ)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(duì)SS4200控制器進(jìn)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(hù)

（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(shí)要保持油品清潔，以免混入雜質(zhì)后，導(dǎo)致計(jì)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(gè)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(dòng)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行徹底清洗，以延長其使用年限。

實(shí)際工作中我發(fā)現(xiàn)齒輪損壞往往是幾種形式同時(shí)出現(xiàn)，因此我在分析問題時(shí)要結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況從多方面查找，有條件的公司可以請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)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(hù)，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(jì)性。

參考文獻(xiàn)

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