x60上海石化包俊:《聚乙烯挤压造粒机CIMP460PII齿轮泵GP450TM减速箱故障分析》-聚烯烃人

上海石化包俊:《聚乙烯挤压造粒机CIMP460PII齿轮泵GP450TM减速箱故障分析》-聚烯烃人
?

包俊先生就职于上海石化,日常的他对工作兢兢业业,经常说的一句话是:把每一件简单的事情做好就是不简单,把每一件平凡的事情做好就是不平凡。
龙朴君感谢上海石化包俊先生积极参与龙朴聚烯烃组织的活动,龙朴君感谢包俊先生的热忱参与,并恭贺上海石化包俊先生荣获优胜奖!龙朴君仍然清晰的记得答辩环节的精彩问答。很多朋友们都催了龙朴君很久,眼巴巴的等着想看看“设备之星”选手们的作品,这个周末,您不妨端着一杯咖啡,巩天阔在弥漫着浓郁咖啡味道中细细品味一篇,也算是周末一个午后的惊喜。


聚乙烯挤压造粒机CIMP460-PII齿轮泵GP450T-M减速箱故障分析
1 基本描述
18日6:30,装置外操人员巡检时发现挤出机齿轮泵减速箱处有异声。随即设备管理人员安排机组运行中对减速箱开观察孔检查,发现输出轴大齿轮(第三级减速齿)其中一齿面有阴影,但其它三对齿轮无损坏迹象。当日,联系测振公司从BENTLY系统采集信号及现场测振,报告显示状态正常。为了对整台减速箱的状态做一评估,挤出机手动停机,安排对减速箱开盖检修,检查发现:
齿轮箱一级、二级齿轮副没有明显失效痕迹;三级齿轮副断齿失效;四级齿轮副上输出轴齿轮断齿失效罗子乔,下输出轴齿轮也出现了点蚀坑。三级大齿轮一处断齿,一处连续断3个齿:2个齿齿宽长度全断(断齿方向,从啮入端到啮出端,从齿顶到齿根),1个齿断齿从啮入端开始长度170mm),断齿位置偏齿根。另外1处断齿(从啮入端开始长度约60mm)位置偏齿顶部。三级轴齿轮有1个齿面明显剥落,四级上输出轴齿轮有1个齿工作齿面有“L”型凹坑:四级下输出轴齿轮齿面局部有2处凹坑。2 发生设备故障的装置概况
1、发生设备故障的设备所在装置工艺流程
本装置系引进北欧化工公司“北星”双峰聚乙烯技术专利、自行设计、安装、可生产双峰型LLDPE至HDPE的全密度产品的装置,且具有生产自然色和有色产品的能力。产品密度范围为918~970kg/m3;熔体流动速率范围为2(MFR21)~100(MFR2);分子量分布范围为5~30。共可生产六大类产品,薄膜、吹塑、管材、电线电缆护套料、注塑、挤出涂层,其中管材和电线电缆护套料为黑色产品。该装置生产能力为25万吨/年,运转时数为8000小时/年。
北星双峰聚乙烯工艺由淤浆反应器(环管反应器)和气相反应器串接而成,并采用北欧化工公司自行开发的齐格勒-纳塔(Ziegler)型催化剂生产所有产品。该工艺核心是在环管反应器中以超临界丙烷为稀释剂进行乙烯聚合反应,所生成的产物连续送入串联的气相反应器中进一步反应,生成低密度、高分子量的聚乙烯产品基料(末加添加剂或有色母料),在进入环管反应器之前,催化剂已加入预聚反应器进行预聚合反应。本装置由下述区域组成:
0区公用工程
2区原料精制
3区环管反应器
4区气相反应器
5区稀释剂回收
6区助催化剂系统
7区造粒、掺混和粒料贮存
2、发生设备故障的设备设计和操作参数、使用时间等概况
挤压造粒机组由日本制钢(JSW)设计制造,为双螺杆反向旋转双支撑机型。主要设备包括:挤出机主机(CIMP460-PII)+齿轮泵(GP450T-M)+换网器(NSC380DB-M)+水下切粒装置(ADC-100,12把刀)。工厂设计8000小时/年,最大处理能力:39T/H ,该机组自2002年4月投用。
机组齿轮泵用于为熔融物料加压奇幻仙园,提高物料的混炼效果,改善物料的加工性能。齿轮泵变速箱由润滑油单元供油,采用强制润滑。减速箱为四级平行轴减速齿轮箱、单输入双输出结构。箱体内部一共安装5根传动轴,4对传动齿(其中前3级为齿轮减速,第4级为同步齿轮输出)。具体参数如下:
齿轮泵型号:GP450T-M ; 齿轮泵功率:1350KW ;
输入轴转速:115-1150RPM ; 输出轴转速:4.5-45RPM;
减速比:1:25.467

▲图1 齿轮泵减速箱结构简图
3. 发生设备故障前设备的运行工况

▲图2 齿轮泵故障前运行参数
挤出机产量、该齿轮泵功率、转速、吸入压力在故障前比较平稳,该减速箱振动值在1.2-1.8mm/s绿区范围内正常波动。
3 设备故障概况及经过
1. 设备故障经过
6月15日8:30,装置设备管理人员巡检发现挤出机齿轮泵减速箱本特利系统VISH7932C报警灯出现闪烁,但此时振动显示值为2.6 G-S,说明振动曾经瞬间达到过高报值(3 G-S)。设备管理人员现场对机组壳体测振,显示最大处为1.6mm/s,与平时并无多大区别。当时BENTLY3300系统按复位键后高报消除,同时通知状态监测专业单位统谊公司现场测振,分析报告显示振动正常。
18日6:30,装置外操人员巡检时发现挤出机齿轮泵减速箱处有异声x60吕超然。8:30设备管理人员安排机组运行中对减速箱开观察孔检查,发现输出轴大齿轮(第三级减速齿)其中一齿面有阴影,但其它三对齿轮无损坏迹象。当日,联系测振公司从BENTLY系统采集信号及现场测振,报告显示状态正常。为了对整台齿轮箱的状态做一评估,19日8:40挤出机手动停机,安排对减速箱开盖检修。 经过一系列检查发现:
1.1 三级齿轮副断齿失效,四级齿轮副齿面受损。(见图3)

▲图3 失效齿轮副
1.2 上输出轴联轴器端的轴承外圈有明显焊点;轴承(24156B)滚子、滚道点蚀严重。(见图4)

▲图4 轴承(24156B)外圈补焊点及点蚀情况
1.3 上输出轴联轴器端箱体轴承座内表面有明显凹坑。(见图5)

▲图5 轴承座检测情况
2. 设备故障处理过程及恢复情况
对整个齿轮箱进行了详细的检查并发现:1、齿轮箱箱体轴承孔有明显凹坑且变形严重。2、与轴承孔凹坑对应的上输出轴联轴器端轴承外圈有4处明显焊点。3、齿轮副偏载严重,断齿失效。针对上述情况,进行了针对性的修理:1、修理变形的轴承孔;2、更换轴承;3、修理加工第三级大齿轮、四级上、下同步输出轴;4、齿轮箱整体试车。
4 设备故障原因即失效机理分析
1、设备解体具体检查情况:
如图1所示,齿轮箱为四级平行轴减速齿轮箱、单输入双输出结构。经开箱检查发现:
1.1 上输出轴联轴器端箱体轴承孔有明显凹坑,见图6。
1.2 上输出轴联轴器端轴承外圈有明显焊点,见图7;轴承滚子、滚道点蚀严重,见图8。
1.3 三级、四级齿轮副断齿失效,见图9、图10。

▲图6 轴承孔A4现状图

▲图7 轴承外圈焊点位置图

▲图8 轴承滚子、内外圈滚道现状图

▲图9 三级齿轮副

▲图10 四级齿轮副
2、原因排查及分析
2.1箱体示意图
如图11所示,箱体轴承孔(A1、B1),(A2、B2),(A3、B3),(A4、B4),(A5、B5)分别与图1中的一轴轴系、二轴轴系、三轴轴系、四轴轴系、五轴轴系相对应。

▲图11 箱体各轴承孔编号示意图
2.2 箱体外观检测
经观测,输出轴轴系即四轴轴系、五轴轴系所对应的轴承孔(A4、B4),(A5、B5),有明显的磨损痕迹。如图6(a)所示,轴承孔A4在受力方向约150゜范围内磨损严重,并且在70゜范围内有3处明显凹坑。经测量,最大凹坑长26mm、宽8mm、深0.55mm,位于分合面上方约40゜角处,见图6(b)。
2.3箱体精度检测
2.3.1轴承孔几何尺寸精度检测
如图12(a)所示,在图1主视图垂直、交叉三个方向(周向),分别测量各轴承孔的几何尺寸并记录。轴向位置选在轴承外圈与轴承孔结合部的中点附近(如图12(b)所示,轴承孔A4的轴向测量位置分别位于a、b两处),测量数据见表1。

▲图12 轴承孔测量方位示意图
表1 轴承孔基本尺寸表(单位:mm)
轴承孔基本尺寸
方位1
方位2
方位3
A1
a
Ф310(+0.017~+0.049)
+0.08
+0.045
+0.1
b
+0.09
+0.05
+0.11
B1
a
Ф310(+0.017~+0.049)
+0.06
+0.05
+0.06
b
+0.05
+0.05
+0.06
A2
a
Ф370(+0.017~+0.054)
+0.03
+0.01
+0.05
b
+0.03
0
+0.05
B2
a
Ф370(+0.017~+0.054)
+0.06
+0.025
+0.03
b
+0.06
+0.025
+0.02
A3
a
Ф500(+0.02~+0.06)
+0.09
+0.05
+0.1
b
+0.08
+0.04
+0.1
B3
a
Ф500(+0.02~+0.06)
+0.03
+0.02
+0.04
b
+0.03
+0.02
+0.05
A4
a
Ф460(+0.02~+0.06)
+0.13
+0.55
+0.38
b
+0.1
+0.50
+0.36
c
+0.03
+0.14
+0.02
B4
a
Ф560(+0.02~+0.06)
+0.11
+0.05
+0.06
b
+0.13
+0.04
+0.06
A5
a
Ф420(+0.02~+0.06)
+0.08
+0.01
+0.03
b
+0.09
+0.01
+0.03
B5
a
Ф420(+0.02~+0.06)
-0.03
+0.25
+0.08
b
-0.04
+0.25
+0.1
由表1可以看出,输出轴轴系所对应的轴承孔几何尺寸超差极大(尺寸过大),已经不能满足实际工况所需的几何精度。齿轮箱在额定工况下运转的过程中快乐赚官网,尺寸过大的轴承孔不能对轴承外圈准确定位与约束,必定引起齿轮副轴线偏移,导致偏载;并形成巨大的冲击载荷。这对轴承、齿轮副的寿命是严重不利的。
2.3.2轴承孔形位公差精度检测
应用进口数控镗床,对箱体轴承孔进行形位公差检测。轴向位置与几何尺寸测量位置相同,周向选择12个位置进行记录异世流云,见图13。测量结果见表2。(轴承孔A4的轴向c、d处也进行了检测)

▲图13 轴承孔跳动测量位置示意图
表2 轴承孔各位置百分表跳动数值表(单位:0.01mm)(“-”表示孔大)
孔尺寸
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
9#
10#
11#
12#
A1
a
Ф310
0
-1
-2
-3
-4
-3
-1
-1
0
-3
-6
-8
b
0
-2
-4
-6
-5
-4
0
-2
0
-1
-5
-7
B1
a
Ф310
0
-6
-5
-2
-2
-4
-1
-1
-1
-3
-2
-1
b
0
-6
-5
-1
-3
-5
-1
0
0
-3
-1
-2
A2
a
Ф370
0
-2
-3
-3
-2
-4
-2
-1
-1
0
-1
0
b
-1
0
-1
-2
-2
-3
-3
-2
-1
0
0
-1
B2
a
Ф370
0
0
0
-3
-2
-5
-6
-2
-1
-3
-1
-2
b
0
0
0
-3
-3
-1
-2
-2
-3
-4
-1
0
A3
a
Ф500
-2
0
-1
-3
-4
-3
-2
-2
-4
-10
-6
-5
b
-2
0
-2
-3
-5
-3
-2
-1
-4
-7
-6
-3
B3
a
Ф500
0
-2
-3
-4
-3
-2
0
0
0
0
-1
-1
b
0
-1
-2
-3
-3
-2
0
0
-1
-2
-1
0
A4
a
Ф460
-33
-45
-55
-42
-15
-5
+2
+13
+12
+16
-15
-15
b
-36
-46
-42
-21
-14
-2
+2
+10
+11
+15
-10
-15
c
-5
-15
-10
+2
+4
+2
+1
+3
+4
+1
-8
-9
d
-3
-14
-10
+4
+5
-2
0
+2
+3
+2
-5
-6
B4
a
Ф560
0
-6
-7
-8
-4
-6
-4
-1
-1
-2
+1
+3
b
距离较远(最大1650mm),无法测量
A5
a
Ф420
0
+1
+1
-3
-4
-5
-4
-5
-4
-3
+2
+1
b
0
+1
+2
-3
-5
-4
-3
-4
-2
-4
+3
+2
B5
a
Ф420
0
+5
+11
-2
-10
-15
-22
-36
-29
+5
+2
+4
b
0
+3
+12
-3
-12
-17
-24
-34
-31
+6
+5
+3
注:1、测量的数据与轴承孔径实际的椭圆度相关;2、镗床镗杆下垂误差约0.15mm。
由表2可以看出:
1)轴承孔(A1、B1),(A2、B2),(A3、B3)变形较小(椭圆度超差较小)。
2)B4轴承孔变形较大,除去2#、3#、4#点因轴承孔受力变形较大外,其他各点拟合成圆,圆心尚未发生偏离。
A4轴承孔内外止口对应位置处,最大变形0.14mm。根据跳动检测情况可以看出:在孔右侧变形明显,如c、d位置的2#、3#、12#、11#点;特别是在右上侧变形最大,如c、d位置的2#点;3#、2#、1#、12#、11#点所形成的范围正是轴承受力的范围,此处的变形与轴承孔受力变形有关。除去最大变形量,把其它点重新拟合成圆,A4孔的圆心相对B4孔的圆心有所偏心,四轴的同轴度误差达到0.20mm左右,四轴与三轴平行度误差至少达到0.20mm左右。因为内外止口不与轴承外圈接触,不存在磨损情况,所以此变形可认为是由原始加工精度不足而引起的。
A4轴承孔与轴承接触处变形比较严重(不规则椭圆),右侧变形较大,如a、b位置的2#、3#、12#、11#点;尤其3#位置,磨损量已经达到0.55mm(凹坑)。把各点重新拟合成圆,A4孔的圆心相对B4孔的圆心的偏心量达到0.35mm左右(A向,方向偏右上方30度左右,如图11所示),四轴与三轴平行度误差约0.35mm。
3)B5轴承孔有一定变形(超差0.05左右),拟合各点跳动值成圆,圆心基本未发生偏离。如a、b位置的5#、6#、7#、8#、9#点;特别是在左下侧变形最大,如a、b位置的8#、9#点;拟合各点跳动后B5孔的圆心相对A5孔的圆心的偏心量达到0.20mm左右(A向,方向偏左下方30度左右,如图12所示),五轴与四轴平行度误差约0.25mm。
综上并计算,由轴承孔形状变化引起的三、四级齿轮副轴线位置度(平行度)变化,见图14。实线表示理想状态下,齿轮副轴线的相对位置;虚线表示轴承孔在几何尺寸、形位公差6级精度下的齿轮副轴线位置;双点划线表示实际齿轮副轴线位置名典姓名测试。OO”两中心的距离明显大于OO’之间距离,表明A4孔实际圆心位置(偏离O点0.22mm)已经远偏离原始加工精度时的圆心位置(偏离O点0~0.05mm)。

(a)三级齿轮副轴承孔变形示意图 (b)四级齿轮副轴承孔变形示意图
注:O表示理想状态轴承孔圆心位置,O’表示原始加工精度下轴承孔圆心位置,O”表示箱体当前的轴承孔圆心位置
▲图14 齿轮副轴线平行度示意图
2.3.3 小结
通过对箱体轴承孔径尺寸精度、形状精度、位置精度的测量与计算可以发现:
1)现有齿轮箱的箱体质量不合格;
2)在现有箱体的状态下,齿轮副啮合必然出现偏载与冲击,必然导致齿轮与轴承寿命的严重缩短;
2.4 齿轮检测与分析
2.4.1 齿轮现状观测
齿轮箱一级、二级齿轮副没有明显失效痕迹;三级齿轮副断齿失效,见图9;四级齿轮副上输出轴齿轮断齿失效,下输出轴齿轮也出现了点蚀坑,见图10。
三级大齿轮4处断齿,一处连续断3个齿:2个齿齿宽长度全断(断齿方向,从啮入端到啮出端,从齿顶到齿根),1个齿断齿从啮入端开始长度170mm),断齿位置偏齿根。另外1处断齿(从啮入端开始长度约60mm)位置偏齿顶部。
三级轴齿轮有1个齿面明显剥落(啮入端工作齿面,长度150mm,最大处离齿顶15mm高),四级上输出轴齿轮有1个齿工作齿面有“L”型凹坑(长度98mm,宽度15mm,最大处离齿顶34mm高):四级下输出轴齿轮齿面局部有2处凹坑(工作齿面中部,距啮入端60mm,较大坑尺寸长度16mm,宽5mm)。
其余各级齿轮在做完齿面着色探伤后,未发现裂纹或明显磨损痕迹。
2.4.2齿轮材料分析
齿轮的材料性能与热处理性能是校核齿轮的重要依据。经分析,齿轮的材料与国标20CrNi2Mo相对应,见表3。
表3 齿轮化学成分表
C
Si
Mn
Cr
Mo
Ni
原料取样
0.24271
0.234
0.66247
0.48755
0.19711
1.68715
20CrNi2Mo(国标)
0.17-0.23
0.15-0.35
0.4-0.7
0.4-0.65
0.15-0.3
1.6-2.0
2.4.3 齿轮强度校核计算
根据铭牌可以发现齿轮箱的具体参数,见表4。根据现场使用情况,其实际输入转速n1=800rpm,则实际输出转速n2=31.413 rpm,校核计算以实际使用为依据。
表4 4PE挤出机齿轮箱参数表
功率P(kW)
输入转速n1(rpm)
输出转速n2(rpm)
一级速比
z12/z11
二级速比
z22/z21
三级速比
z32/z31
四级速比
z42/z41
1350
1022
40.1
66/24
81/27
71/23
27/27
2.4.3.1 三、四级齿轮副强度校核计算
根据实际使用参数,对三、四级齿轮副进行强度校核计算,(参照GB/T3480-1997、ISO6336-1996、GB/T19406-2003等标准),结果见表5。
表5 4PEⅢ、Ⅳ级齿轮副强度校核表
要求最小接触强度安全系数SHmin
计算接触强度安全系数 SH
要求最小弯曲强度安全系数 SFmin
计算弯曲强度安全系数 SF
Ⅲ级小齿轮
Ⅲ级大齿轮
Ⅳ级小齿轮
Ⅳ级大齿轮
1.2
1.374
1.5
1.650
1.2
1.422
1.5
1.787
1.2
1.237
1.5
1.641
1.2
1.237
1.5
1.641
由表5可以看出,在输入转速n1=800rpm的情况下,Ⅲ、Ⅳ级齿轮副的运行是可靠的。
2.4.3.2 三、四级齿轮副强度校核计算(偏载)
根据箱体的现状,齿轮副的啮合必然出现偏载与冲击。调节相关计算参数,对三、四级齿轮副重新进行强度校核,结果见表6。
表6 4PE Ⅲ、Ⅳ级齿轮副强度校核表(偏载)
要求最小接触强度安全系数SHmin
计算接触强度安全系数SH
要求最小弯曲强度安全系数 SFmin
计算弯曲强度安全系数 SF
Ⅲ级小齿轮
Ⅲ级大齿轮
Ⅳ级小齿轮
Ⅳ级大齿轮
1.2
1.072
1.5
1.044
1.2
1.109
1.5
1.130
1.2
0.965
1.5
1.031
1.2
0.965
1.5
1.031
由表6可以看出,现有状态下校园魔王,三、四级齿轮副各个齿轮的安全系数均小于最小安全系数。特别是Ⅳ级齿轮副,其接触强度安全系数已经小于1,必然产生点蚀,从而产生剥落,最终断齿。由接触强度不足引起的失效,往往在齿轮的节线处发生,这与实际情况相符。
2.4.4小结
1、在较理想的啮合条件下,Ⅲ、Ⅳ级齿轮副完全可以满足使用。
2、在现有箱体的基础上,Ⅲ、Ⅳ级齿轮副出现偏载与冲击,这导致齿面接触强度安全系数骤减,从而导致点蚀、剥落及最终的断齿。齿轮箱本身载荷并不连续,在发生冲击时,啮入端往往承受较大的冲击,这也是齿端先点蚀、剥落、断齿的根本原因。
由上述结论可以发现,在现有箱体的基础上,齿轮的安全系数是很低的,短期使用必然失效。而齿轮箱已经使用13年(2001~2015),这说明箱体的现有状态并非最初的原始状态。也就是说,箱体在使用过程中逐渐变形,最终导致齿轮副断齿。
2.5 轴承检测与分析
如图8所示,上输出轴联轴器端轴承点蚀严重(A4孔位,型号为24156B),且轴承外圈有4处明显焊点,其中最大的焊点长20mm、宽5.4mm、高0.24mm,见图7。其余轴承并无明显失效痕迹。
2.5.1 轴承焊点检测(A4孔位,24156B)
轴承三处焊点主要集中在润滑油槽两侧,分布总角度70度左右(两油孔角度45度),其中分合面上两个油孔(分布约40度),见图7、图15。

注:图示标号与图7(a)吻合
▲图15 轴承焊点示意图
2.5.1.1 轴承焊点化学成分检测
应用合金成分分析仪(型号:Thermo ScientificNiton XL2 800)对轴承焊点进行检测(测量位置见图15),各合金元素含量见表7。
表7 元素检测表
元素名称
2#(焊点)
3#(焊点)
5#(轴承外圈)
Si
0.625
0.599
0.661
Mn
1.18
1.16
1.22
Cr
1.18
1.19
1.29
Ni
0.09
0
0
Mo
0.042
0.040
0.049
Fe
95.47
96.55
96.30
Co
0.306
0.217
0
Cu
0.094
0.1
0.3
S
0.13
0.128
0.144
V
0.023
0.023
0
Sn
0
0.01
0.008
P
0
0.072
0.028
由表7可以看出,焊点材料与轴承外圈有明显不同,且主要区别在于钴元素Co和铜元素Cu的含量。经理化分析,箱体的材料为Q235,则焊点的贵金属元素钴不是箱体渗透所成;且箱体Mn含量仅有0.86,远小于焊点。由此表明,焊点是与轴承外圈、箱体不同的第三种材料。
2.5.1.2 轴承焊点金相检测
如图16(a),对轴承外圈4#位置焊点进行切割、打磨,在徕卡(Leica)光学显微镜下观察,可以明显看到一条与轴承外圈本体区域不同的亮带,见图16(b)。由此表明,焊点与轴承外圈材料不同。

▲图16 轴承外圈焊点示意图
2.5.1.3 焊点分析
综上所述,轴承外圈的凸起与轴承外圈、箱体为完全不同的材料。
在箱体精度理想的情况下,轴承外圈添加焊点(高0.24mm),轴承外圈必然变形,必然导致齿轮副偏载,短期必然失效。而齿轮箱已经用了13年,这说明箱体原始状态下精度可能不够,齿轮副最初有偏载现象。通过增加焊点,调节由箱体精度不够造成的偏载,使齿轮副在最初能够较理想的啮合。
2.5.2 轴承及轴承孔强度寿命计算与失效分析
2.5.2.1 轴承寿命计算
如图17所示,上输出轴轴系分别有两个调心滚子轴承支撑,由三级大齿轮带动,并通过轴齿轮进行功率分流,受力分析见图18。

▲图17 上输出轴轴系结构示意图

▲图18 上输出轴轴系受力模型示意图
如图18所示,Ft、Fr、Fa分别表示齿轮所受切向力、径向力和轴向力;Fnv、Fnh、Fna分别表示轴承所受垂直方向支反力、水平方向支反力和轴向力。右轴承所受垂直方向支反力、水平方向支反力所成的夹角为17.678゜,见图19。在保证箱体精度的前提下,轴承校核结果见表8。


▲图19 轴承受力方向与箱体位置关系示意图
表8 轴承计算校核表
合成静负荷Po (N)
静负荷计算值Co_L (N)
额定静负荷Cor_l (N)
计算寿命(小时)
左边轴承
998189.03
1247736.29
6950000.0
70038.82
右边轴承
1049789.35
1312236.68
5100000.0
64971.17
由表8,在工作机每年360天,每天24小时不间断工作(每年工作时间为360*24=8640小时),且不允许滚道或者滚子点蚀的前提下,主动输出轴联轴器端轴承的寿命约为7.5年。另外轴承寿命也与制造质量、安装质量、工艺条件、使用工况(实际功率、转速)、操作水平等很多不确定因素有很大关系。
2.5.2.2轴承孔应力计算
1.压应力计算
考虑到轴承焊点的存在,初始状态轴承所受径向力集中在三个焊点作用在轴承孔A4上,则压应力为(焊点面积均按最大值计算):

在实际过程中,压应力为材料屈服极限3倍左右时候即可以压出凹坑。随着A4孔出现凹坑,轴承外圈与箱体接触面积增大,压应力减小。当轴承外圈与箱体接触面积达到最大时,其平均压应力为:

压应力成正弦分布,则最大集中压应力为:

远小于材料的屈服极限,所以轴承孔凹坑仅出现在焊点附近。
对于表1、表2中轴承孔大面积的变形状态,也是一个渐变的过程。在齿轮箱运转初期,由于轴承焊点位于轴承厚度中央,两侧产生较小的缝隙,在齿轮啮合的冲击下,形成高频微动,对两侧形成磨损。而焊点处应力集中,对应的轴承孔也不断压溃。最终造成两侧微动磨损、焊点压溃变形的恶性循环,这也是齿轮偏载的重要原因栗额金刚鹦鹉。
2.切应力计算
考虑到轴承圆周圆油沟圆弧以及轴承焊点侧面较小,应力集中系数将上升到2.5-3,则最大集中切应力为87.65~106MPa ( 箱体作为塑性材料,剪切强度约为抗拉强度的一半:117.5Mpa),此计算结果与箱体的屈服强度极限比较接近。
2.6 油品管理
查询机组润滑油油品定期检测数据报告,显示酸值、粘度、水份等指标正常。润滑油过滤网切换原则上根据前后压差值确定,实际上择机半年左右就会安排更换。

▲图20 质检中心油质分析报告(4月、5月)
2.7 运行操作
发生故障前减速箱运行参数(产量、振动情况、功率、转速、吸入压力)

▲图21 挤出机齿轮泵运行参数
从上图中可以看到:齿轮泵减速箱的振动与产量、该泵功率、转速、吸入压力并无线性关系。
2.8 巡检及测振记录


▲图24 状态监测专业厂家测振报告

从班组操作人员、设备管理人员、统谊测振数据来看,显示减速箱润滑油压力、温度都正常,DCS无润滑油流量低的报警记录,也未发现该减速箱振动异常的早期症状。
2.9 机组日常检修与维护记录

▲图27 检修记录(2011.09-2015.6)
从检修记录可以看到:
(1)减速箱在2011年11月、2013年5月打开观察孔检查确认齿轮、轴承情况。
(2)油滤切换清洗或更换以半年为一周期进行考古劫心。
(3)故障发生前也没发现润滑油压差报警的状况
5 综上所述,故障原因分析为:
齿轮副的失效与其偏载有重要关系。从齿轮箱的现状看,偏载的根本原因与箱体轴承孔的凹坑、轴承外圈的焊点引起的齿轮轴线平行度超差有关。
由于原箱体制造精度不够,设备制造商通过增加轴承外圈焊点,调节由箱体精度不够造成的偏载,使齿轮副在最初能够较理想的啮合。初始装配时,轴承受力主要靠油槽附近的三个焊点支撑,其中一处焊点几乎与合箱螺栓预紧力平行,承受的预紧力较小。工作状态下,轴承压应力是箱体材料屈服极限的3倍以上,很快将焊点压入轴承孔,形成浅窄的沟。轴承孔所受切应力比较接近箱体的屈服极限,轴承焊点侧面象“刀刃”切入油沟边界及端面。
随着焊点压入轴承内孔,同时伴随箱体材料硬化、软化等,对应焊点轴承外圈滚道局部受轴承孔反作用压应力(相当于局部有凸起高点),滚子滚动不再是一个连续平滑的过程。当设备运行时滚子和滚道接触不良,存在集中应力,极其容易发生点蚀。由于点蚀颗粒很难被轴承润滑油快速冲出轴承滚道,轴承点蚀加剧。
在轴承孔精度和轴承精度丧失的漫长过程中,齿轮啮合精度也逐渐降低,冲击和振动加剧398011,轴承孔凹坑面积不断加大加深。随着轴承外圈及轴承座的逐步变形宁采儿,引起的三、四级齿轮副轴线位置度(平行度)变化。在现有箱体的状态下,齿轮副啮合必然出现偏载与冲击,导致齿轮与轴承寿命的严重缩短;Ⅲ、Ⅳ级齿轮副出现偏载与冲击,这导致齿面接触强度安全系数骤减,从而导致点蚀、剥落及最终的断齿。齿轮箱本身载荷并不连续,在发生冲击时,啮入端往往承受较大的冲击,这也是齿端先点蚀、剥落、断齿的根本原因。
目前,挤压造粒机组的齿轮箱原配的监测系统采用振动传感器。虽然轴承的损坏是一个渐变过程,但在实际应用中,由于齿轮箱各轴转速较低,采用普通的振动测试方法根本无法发现轴承及齿轮早期故障。通过咨询状态监测专业单位,振动监测解决不了低速重载轴承早期故障预警问题已是世界公认的事实,原因是轴承早期的问题(如润滑不良,点蚀等)所产生的是较弱的瞬态信号,常规振动传感器及振动分析方法根本无法捕捉得到。这些认识上的不足,造成了日常的振动监测工作的误导,错误判断认为减速箱状态良好,引起设备失修。
1. 直接原因:
箱体轴承孔的凹坑、轴承外圈的焊点引起齿轮轴线平行度超差,齿轮副偏载,在长期使用过程中偏载状况不断恶化,齿轮齿面逐步产生微裂纹,最终造成齿轮断齿失效。
2. 间接原因:
⑴原齿轮箱箱体精度不够,通过在轴承外圈的焊点,短时改善了齿轮副的偏载状况。由于材料强度因素,箱体不能长期支撑轴承焊点,轴承孔逐步变形,轴承内外圈滚道与滚子也随着冲击的加重,逐步产生点蚀现象,不断加剧的齿轮副的偏载与冲击,最终造成齿轮断齿失效。
⑵本特利3300系统对低速重载减速箱的状态监测可靠性不高,同时日常离线振动监测仪器也无法发现轴承早期故障信号武乡吧,造成对机组运行状态评估的误判。
⑶润滑油质分析通过质检中心每月一次进行取样分析,分析项目较为有限,只有粘度、酸值、水分。


(▲点击图片,了解更多详情)
本文内容“聚烯烃人”编辑出品,转载请注明出处。
关注“聚烯烃人”,每日获取烯烃产业最新动态和专业技术、市场信息。
热门文章回顾
成立售电公司霍二叔,坚定炼化一体化,石化大佬改革创新已经走起来啦!
聚烯烃添加PPA的特殊功效,带你来探秘!专访上海鲁聚化学
千万吨炼油依然有新军!昌邑规划1000万吨/年炼油+100万吨/年乙烯+150万吨/年芳烃炼化项目一文读懂国内茂金属催化剂产业现状,这篇干货值得收藏重磅!福建锦江石化芳烃一体化项目将成为中国首套全产化学品炼化项目
国内聚乙烯、聚丙烯项目全国分布图现已重磅推出!
获取高精度地图电子版,加入“聚烯烃人高端会员群”
请点击以上文字查看详情

专注于聚烯烃产业,围绕学术研究、工艺技术、设备仪表、下游应用、产业创新等方面构建产业生态,形成活跃社群。欢迎您添加龙朴君二维码,我们在这里等待您加入聚烯烃人自己的圈子!