钢球磨煤机齿轮损伤形式及原因分析

钢球磨煤机齿轮损伤形式及原因分析
在现代电厂的安全生产过程中，磨煤机齿轮损坏会直接影响机组出力，严重的会导致机组停运。

文章针对某电厂配置的美国福斯特惠勒的D-10-D钢球磨煤机齿轮损坏的形式和原因进行分析，同时结合近几年该电厂钢球磨煤机在安装到日常维护发现的问题进行分析，提出了几点防止磨煤机大小齿轮损坏的方法。

标签：齿轮；损伤；点蚀；磨损；断齿；润滑
某电厂钢球磨煤机采用美国福斯特惠勒的D-10-D钢球磨，全厂共安装24台磨煤机。

该磨煤机的主要特点是：设备少，投资小，出力稳定，低负荷时也能保证煤粉细度；系统有较大的储备能力，负荷响应速度快。

该D-10-D钢球磨煤机大小齿轮为美国费城齿轮公司制造，大齿轮为分段式环形齿轮，采用合金钢淬透、滚铣而成，小齿轮为整体式齿轮，采用锻造合金钢淬透、滚铣而成。

从2000年12月#1机组投运至2002年8月#6机组的投运，经过近3年的运行，该厂的磨煤机大小齿轮也多次发生过故障。

（表1）
1 钢球磨煤机齿轮的损伤形式及原因分析
钢球磨齿轮的破坏和损伤可以分成四种类型：表面疲劳、磨损、塑性流、齿断裂。

1.1 表面疲劳
表面疲劳是材料的一种损伤类型，即使在润滑良好时也会出现。

它是由于表面或浅表面在重复载荷作用下，材料的接触应力超过材料的疲劳极限所引起的。

表面疲劳的表现形式为点蚀和剥离。

点蚀一般有三种形式：初始点蚀（收敛性点蚀）、破坏点蚀（护展性点蚀）和整体硬淬齿轮的根点蚀。

初始点蚀被认为是正常现象。

破坏性点蚀，当齿的表面硬度值在确定范围内时系统过载是这种点蚀的原因。

剥离是指一个大块齿轮表面材料从齿轮脱落下来。

是由于接触应力过大而引起的，同时也与齿轮表面凸起部分有关，淬硬齿轮的表面或浅表面缺陷以及由于不适当的热处理产生过大的内应力也能引起剥离。

1.2 磨损
磨损是指齿表材料从齿轮表面损失掉。

分析齿轮磨损的原因可从以下几个方面入手：磨损程度、磨损类型、磨损形态。

1.2.1 磨损程度
轻度磨损是设备安装后在试运期齿轮接触表面的粗糙凸起将逐渐被磨掉，直到非常细致、光滑，使其和表面的齿形曲线一致。

在齿轮的寿命范围内，这是正常的磨损过程。

适度磨损也称为正常磨损。

这时磨损的速度进行的很慢，在齿轮的寿命期内，对其性能所产生的影响很小。

破坏性磨损也叫过度磨损，可引起齿面被破坏，齿廓变形，啮合的均匀性被破坏。

这种在运行寿命期内过早出现的磨损现象，一般是由于载荷过大、油的污染或者油的粘度太低所致。

1.2.2 磨损的类型
磨料磨损有时称切削磨损。

一般来源于磨煤机大罐入孔门泄露、油中污染物、齿轮的磨损颗粒等。

常见的齿面胶合、齿面刮伤和齿面焊接都属于粘着磨损。

一般和齿轮的材料及润滑剂的性能有关，也取决于负荷和材料硬度。

1.2.3 磨损形态
波浪形轮齿磨损，有时在检查齿轮时可观察到波浪或起伏的表面，齿面像被轻度偏转过或者廓形象一个导向槽。

目前认为是在齿轮运行中出现冲击和振动负荷引起的。

齿轮的表面凹凸变形，这种现象的原因目前尚不明确，发生这种情况时，应及时进行修整除去齿面上凸起的部分。

齿轮的凸缘磨损，齿轮装置的小齿轮经常做的比大齿轮稍微宽一点，只要小齿轮的轴向位置安装合适，一般不会产生什么问题。

沟痕能够在结构粗糙的工作齿面上看到。

目前，可通过减少局部集中的接触应力并保持足够厚的润滑油膜即可加以防止。

1.3 塑性流
塑性流是齿面的冷加工变形，它是由啮合过程中过高的接触应力、滚动与滑动联合作用所引起。

可以用降低接触应力及增加表面和浅表面材料的硬度来消除。

1.4 齿断裂
断裂是齿轮损坏的最终形式。

弯曲载荷往往在齿根圆角和齿廓与齿圆角的连接处产生最大应力，我们可以把齿轮视为一平面悬臂板，在齿的接触面上承受拉应力，反面则受压应力。

如果在关键部位的拉应力超过材料的耐久强度，就会产生破坏性裂纹。

继续运行，将导致轮齿从齿圈上断裂。

齿根圆角损坏是最常见的疲劳断裂形式，它是由于重载重复弯曲应力超过材料的持久极限所致。

如果轮齿在工作时整个齿面都接触，这可能是由于系统过载引起，如果工作时只有部分齿面接触，则可能是由于齿轮的对中不良引起的。

因此发生断齿后要仔细检查确定是齿面局部受载引起的还是系统过载引起的。

从而采取有效的措施。

齿顶部位断裂也是一种断裂形式，这种断裂一般是由于轮齿上有缺陷从而使这一区域产生很高的应力集中而造成的。

一种为裂纹或微细的磨痕在重复应力循环作用下不断扩展最终导致断齿；另一种为热处理不当，导致残余应力过高或齿胚在介质中淬火时产生裂纹，同样也会引起在非齿根部位的齿断裂。

如果出现这种情况，就要和制造厂联系进行分析。

2 钢球磨煤机大小齿轮安装、润滑维护
2.1 钢球磨煤机大小齿轮安装
从齿轮损坏的原因分析可以看出，齿轮的损坏和齿轮是否正确安装关系密切，因此钢球磨安装时要做好以下几点防范措施：
（1）清理两半齿轮的防腐油及杂物，检查其质量，齿面应光滑，不得有砂眼、裂纹等缺陷。

（2）按厂家说明书将大齿轮上下两部分通过分段接头就位。

（3）检查大齿轮的轴向晃动（端面瓢偏度），大齿轮的瓢偏应小于0.022英寸。

（4）检查大齿轮的径向跑偏应小于0.026英寸。

（5）调节背隙和接触面。

背隙为0.110-0.120英寸（71F-90F），接触面至少为齿宽的70%和齿深的35%。

2.2 钢球磨煤机大小齿轮的润滑对于大小齿轮的寿命而言，除正确的安装外，正确的维护和润滑也是至关重要的。

因润滑不当（油品选用不当、喷淋量及喷淋间隔不当、运行中断油）引起的齿轮损坏时有发生。

下面以该厂Farval自动喷淋系统来说明大小齿轮的润滑维护。

2.2.1 正确选用润滑油
由于钢球磨的大小齿轮属于低速重载齿轮，极易损坏，因此一般要选用齿轮制造厂推荐的润滑油。

目前国际知名的磨煤机喷淋油生产厂家有：Whitmore’s、Mobil、Petron等公司。

而国际知名的钢球磨生产厂家Foster Wheerler和Svedala 分司都把Whitmore’s生产的喷淋油作为初装用油。

目前国内使用Whitmore’s喷淋油的电厂也比较多，有山西阳泉二电厂、河津电厂、安顺电厂、清远电厂、邹县电厂、邯峰电厂、阳城电厂等。

2.2.2 钢球磨喷淋油系统安装检修后的调试
（1）检查整个润滑系统有无泄露、管路破裂等问题。

（2）设定喷淋程序。

一般调试时各集成块应保持原有设定。

（3）润滑油的储存和运输。

润滑油应在室内储存，不宜暴露于温度过高或过低的地方。

避免润滑油粘度太大，泵不能泵送，粘度太小，性能下降。

（4）根据Farval提供的说明书对SS4200控制器进行编程和系统调试。

2.2.3 钢球磨喷淋油系统的维护
（1）定期排放气控阀板上空气过滤器中的水，以免过滤器失效，水流入泵内。

导致油泵不能正常工作。

（2）定期检查喷淋油桶内有足够的喷淋油，防止油品供应不足，同时要保持油品清洁，以免混入杂质后，导致计量阀卡涩或喷嘴堵塞。

（3）定期清理换向阀入口处油过滤器，使其能正常工作。

（4）定期检查整个系统，包括供油软管，管接头；用频闪灯检查齿面的润滑情况，良好的润滑状态齿轮工作表面应为咖啡色，如检查中发现齿轮工作表面产生明亮的金属光泽，说明润滑不良，应停设备检查；检查喷嘴的喷射情况，方法如下：可用一块纸板或木板放在喷嘴前面，启动系统查看喷射面积大小及分布情况，保证齿轮表面润滑剂能完全覆盖齿面。

（5）一年或两年用清洗剂或柴油对系统进行彻底清洗，以延长其使用年限。

实际工作中我发现齿轮损坏往往是几种形式同时出现，因此我在分析问题时要结合现场的实际情况从多方面查找，有条件的公司可以请经验丰富的专家一起分析解决。

总之只要正确的选用、安装大小齿轮，正确的选用润滑油和精心的维护，就可以避免人为因素引起的大小齿轮的损坏，从而提高公司生产经营的安全性和经济性。

参考文献
[1]D.L.BORDEN G.A.HOLLOWAYA.齿轮的破坏和损伤形式[Z].
[2]美国福斯特惠勒.D-10-D磨煤机的安装[Z].
[3]阳城国际发电有限责任公司西门子C311教程[Z].。