磨煤机拉杆断裂原因分析

·1904·2015磨煤机拉杆断裂原因分析

马宏军

（新疆中泰化学阜康能源有限公司热电厂,新疆阜康 831500）

【摘要】中泰化学阜康工业园热电厂位于新疆昌吉回族自治州阜康市中泰化学阜康工业园内，热电厂现运行两台150MW供热机组，配套两台540t/h超高压煤粉炉，主要为中泰化学阜康工业园区2套40万吨/年聚氯乙烯树脂生产装置供应自备电、工业蒸汽等产品，冬季还负责给工业园区集中供热。每台机组配置4台北京电力设备总厂生产的ZGM65 型中速辊式磨煤机，一般三运一备。机组运行一年以后磨煤机拉杆一次出现断裂故障，至今已出现三起同类故障，最近一次在2015年5月6日发生，本文即对此次故障的情况、原因分析、解决方案提出了意见。

【关键词】

磨煤机拉杆 交变应力 疲劳破坏 调整油压2015年5月6日05时24分，#1锅炉磨煤机C加载油压瞬间由12.18Mpa降至2.65Mpa，随后迅速恢复至12Mpa，同一时间段电流瞬间由206A波动至143A后恢复至192A。06时50分#1炉C磨煤机电流波动范围较大，06时56分巡检发现磨煤机减速机顶部输出盘迷宫密封处冒烟且有油漏出，输出盘下部#3拉杆方向机壳处温度接近200℃，停止磨煤机C运行。

2015年5月

7

日更换新减速机后，发现该磨煤机#3拉杆上升下降均不动作，打开拉杆密封盒发现#3拉杆脆性断裂，断裂部位在拉杆与压架关节轴承接触平面内拉杆的变截面处。

1 断口分析

经过对断口断面的分析，认为拉杆破坏的主要原因是疲劳断裂。因为断口符合下列特征：

1.1 疲劳断裂时并没有明显的宏观塑性变形，断裂前没有预兆，而是突然破坏；

1.2 1.3

引起疲劳断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点；

疲劳破坏的宏观断口由两部分组成，即疲劳裂纹的策源地及扩展区（光滑部分）和最后断裂区（粗糙部分）。

断面边缘有较浅伤痕裂纹，断口粗糙。分析认为当拉杆出现伤痕后，构件就发生断裂，说明构件在交变应力作用下处于强度极限状态下，稍有冲击即发生断裂。以下即为断口图片。

2 拉杆材料力学分析

通过分析拉杆图纸得知，拉杆的断裂部位在拉杆与压架关节

轴承接触平面内拉杆的变截面处，分析拉杆的受力情况可知，拉杆断口处没有一对平行且方向相反的剪切力的存在，所以拉杆未受到剪切作用。

在断口处拉杆只受到加载装置对拉杆的拉伸作用，由于加载油压的作用及煤层厚度的变化，拉杆受到交变应力的作用，断口处最大拉应力12.181252/0.072=38.8Mpa（其中0.125是加载油缸活塞直径，0.07是拉杆断口处的直径，单位均为米。）下图是拉杆简图及受力分析图：

3 断口截面拉杆应力校核

查合金钢许用拉伸应力为合金钢=230MPa，但因为该拉杆受交变应力作用，要确定校核系数，为尺寸系数：试验表明，疲劳极限将随构件尺寸的增大而降低。因为构件尺寸越大，材料包含的缺陷也相应增加，图1是构件的尺寸系数曲线。

按图查得=0.67

加工系数：试验表明，构件表面的加工质量对构件的疲劳极限有很大影响。构件加工后产生的表面刀痕，擦伤等引起应力集中，因而表面光洁度越差，疲劳极限降低越多。图2是加工系数曲线。

按图查得=0.7

K为有效应力集中系数：由于使用及工艺的要求，构件上常带有圆角，小孔，凸肩，健槽等，在外力作用下，这些地方会引

（下转1903页）

月上 ·1903·

和层间位移角的比较，从图中可以看出，在同等震级的影响下，

SB-ETRC

发生的变形幅度最大，CB-CFST发生的变形幅度是最小的，这就显示出了组合梁在整体框架结构中的重要作用。

表3为SB-CFST和CB-CFST在北京人工波，Kobe波以及EI Centro波等地震波影响下的顶层位移以及层间位移角的变化值，结果一目了然，框架结构反应由弱到强依次为Kobe波，北京人工波和EI Centro波.并且CB-CFST的顶层位移与层间位移角都小于SB-CFST[3]。

表3 SB-CFST和CB-CFST在同等级地震影响下顶层位移以及层间位移角变化

北京人工波

层间位移

Kobe波 顶层位移

层间位移

EI Centro波 顶层位移

层间位移

结构类型 顶层位移

（毫米） 角（弧度）（毫米） 角（弧度）（毫米） 角（弧度）

SB-CFST

图5 层位移 图6 层间位移角

74.1 59.8

1/492 1/469

49 41

1/609 1/687

88.3 65.2

1/410 1/489

CB-CFST

（三）弹性时程

不同的地震波对不同框架结构的弹性时程的影响也是不同的，本文主要是通过北京人工波，Kobe波以及EI Centro波等地震波类型要检测的，在检测过程中将0.7米/平方秒定为地震加速度的峰值，0.035为阻尼系数，地震波方向仍然沿Y向，取0.02秒为

实践步长。图

7-

图9地震波加速度的时程显示图。

结论：

通过对不同类型的框架结构的抗震性测试结果来看，组合式的框架结构，其抗震性能较非组合式的框架结构要好，说明楼板与钢梁的组合能够极大地增强建筑整体结构的抗震性，提升建筑的质量与安全性。在肯定了组合结构的基础上，组合梁方钢管结构在各种框架结构类型中显示出了明显的优越性，无论是顶层位移，还是层间位移角，都相对较小，是比较坚固的建筑框架结构，受地震波的影响最小。

参考文献：

[1]赵慧玲,叶志明.钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展[J].力学与实践,2014,01:1-8.

[2]刘晶波,刘阳冰,郭冰,杨建国.钢-混凝土组合框架结构体系抗震性能参数分析[J].工业建筑,2009,08:96-100.

[3]聂建国,陶慕轩,黄远,田淑明,陈戈.钢-混凝土组合结构体系研究新进展[J].建筑结构学报,2010,06:71-80.

图7 北京人工波 图8 Kobe波 图9 EI Centro波

（上接1904页）起应力集中，而应力集中促使疲劳裂纹的形成，

裂纹逐渐扩展造成构件破坏。图3是有效应力集中系数曲线。

按图查得k=3

因此校核系数0.670.7/3=0.156

由此得出拉杆的许用拉应力许用=合金钢n=230=35.88MPa

而拉杆断口的最大拉应力=38.8 Mpa >许用所以拉杆处于一种不安全的工作状态，并最终断裂。

4 最大加载油压的选择

为了保证拉杆在安全状态下工作，有必要对允许最大加载油压进行计算，根据北京电力设备总厂《ZGM65 型中速辊式磨煤机使用和维护说明书》的要求，加载力应该控制在25.3KN～80.8KN,对应加载油压为3.2MP a～10.3MPa。但在生产运行中制造厂的规定并没有得到严格的执行，变加载油压经常

在12MPa左右运行，有时甚至能达到13MPa，引起了一系列的不良反应，比如磨煤机负荷畸高，筒壁、磨辊、磨盘、煤粉管道磨损严重，拉杆断裂频繁，减速机受力异常等等，所以加载油压不能没有标准的增加，按许用拉伸应力35.88MPa校核，则最大加载油压为35.88*0.072/0.1252=11.25MPa，也就是说加载油压的极限参数不能超过11.25MPa。

5 结论

断裂是由于拉杆处于交变应力的作用产生裂纹，在超过安全值的加载油压力作用下达到屈服极限从而发生断裂。

6 解决方案

6.1 热电厂锅炉专业技术人员召开专题会议，制定磨煤机变加载油压调整实施方案。最终磨煤机运行按说明书要求，ZGM50磨控制变加载压力＜10Mpa；ZGM65磨控制变加载压力＜10.3Mpa。

6.2 热电厂机务检修部门对磨煤机逐台进行检查，对磨煤机拉杆容易断 …… 此处隐藏：1985字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……