磨损故障诊断（精选八篇）
磨损故障诊断 篇1
声发射(acoustic emission,AE)是指材料或构件内部的局部区域,在外界(应力、温度等)影响下,伴随能量快速释放而产生的瞬态应力波现象。当碰撞、摩擦发生时,常伴有较强的声发射信号产生。作为一种新的无损检测手段,声发射技术显示出了它的优越性,可以充分利用声发射技术灵敏、动态检测、便于故障定位等优点,来实现碰撞、摩擦的早期故障诊断[1]。声发射最突出的特点是具有很高的灵敏度,能够连续进行在线无损监测;与振动分析法相比,声发射技术更能准确地探测到零件早期的微小缺陷[2]。前期研究中,本文研究团队已经对声发射技术在内燃机摩擦润滑状态监测的应用进行了不少的研究,已经证实基于多分辨率小波与阀值降噪技术提取的AE特征信号可以准确的表达活塞环与缸套间摩擦润滑状态。
声发射测量技术因其具有诊断速度快、准确率高、故障定位性强、适用范围广、能够实现早期预测和在线诊断等特点,受到了国内外故障诊断工作者的重视。由于声发射具有其他信号无法比拟的优势,声发射监测法,开始逐渐被应用到柴油机监测诊断的研究中。因此监测和分析声发射信号是研究柴油机摩擦磨损特性的有效手段。Nivesrangsan和Steel[3]等研究了小型四冲程燃油喷射发动机汽缸盖声发射波的传递己经调查的特征波传播。P.Nivesrangsan和J.A.Steel等[4]还研究了典型的机械复杂结构中多源信号的信号源定位技术。F.Gu和A.D.Ball[5]阐述了采用声发射技术诊断JCB444T2型柴油机的喷油器故障方法。
1 小波变换及多分辨率分析
柴油机声发射激励源众多且其频率范围宽广、声发射源的多样性、信号本身的突发性和不确定性、声发射信号传输途径的不稳定性以及声发射信号的微弱性和干扰噪声的多样性,使得声发射传感器输出的电信号波形十分复杂,接收到的信号变成一个变形波,已非原始波形。因此,故障信息常常被淹没于噪声信号中。而常规的分析方法,比如傅里叶变换等不能提取信号中所包含的重要信息和有效信号特征。但小波分析具有很强的弱信号检测能力,适于分析声发射信号的脉冲成分[6]。小波分析良好的时频域局部化特性在分析声发射信号的时频分析和特征提取等方面具有优越性[7],并为机械故障诊断的非平稳信号分析、信噪分离、状态特征提取和故障诊断提供有效途径。
1.1 小波变换
设x(t)是平方可积函数,记作x(t)∈L2(R),φ(t)是被称为基本小波或母小波(mother wavelet)的函数。则:
称为x(t)的小波变换。式中Tx(a,b)为小波变换函数,a>0是尺度因子,b为平移因子,其值可正可负,t是时间,φ*(t)是函数φ(t)的共轭复数。符号<x,y>代表内积,表示x(t)与φa,b(t)的相似程度,其中是基本小波的位移与尺度伸缩。式(1)中不但t是连续变量,而且a和b也是连续变量,因此称为连续小波变换(CWT)。
连续小波的逆变换为
式(2)中Cφ必须满足:
1.2 多分辨率分析
为了更加准确、彻底的分析声发射信号,采用多分辨率分析,它可以在某种分辨率下无法发现的信号特性,在另一个分辨率下将很容易被发现。
多分辨率分析又称为多尺度分析,是建立在函数空间概念上的理论,但其思想的形成来源于工程。用多个分辨率对严格平方可积函数x(t)∈L2(R)进行逼近。若该函数是一信号,则“用可变分辨率2j去逼近它”也可以等价叙述为“用分辨率2j对信号进行分析”因此多分辨逼近和多分辨分析等价。可以将多分辨率分析与滤波器组的概念联系起来。若一个频带受限信号f(n),其频带范围限制在[0,2π]。信号经过滤波器组实现多分辨分析的过程如图1所示。
2 异常声发射信号的诊断
研究团队在一次对某型单缸柴油机试验中,将声发射传感器安装在单缸柴油机燃烧室外的缸体上,发现声发射信号在某特定的曲轴转角位置分布范围内(90°、270°450°和630°)有异常的峰值响应。疑似缸内运动部件存在异常摩擦或碰撞事件。现场测试表明,柴油机机体的结构振动正常,无任何不良噪声。初步分析认为,异常声发射信号是由活塞组件之间的碰撞或摩擦产生的。由于柴油机的声发射激励源众多、频谱特性复杂,现场难以辨识异常声发射信号的准确来源,需要对其开展异常声发射信号的故障诊断。
2.1 试验仪器和设备
在声发射技术的基础上,为了更好的对单缸柴油机活塞组件异常摩擦的故障诊断进行研究,本文研究团队基于某新型单缸柴油内燃机(表1),对现有试验台架进行了升级改进。试验所用的设备:试验中采用的测控系统是四川诚邦科技有限公司的DW40型电涡流测功机,发动机中的缸内压力是由Kistler公司的6052C型缸压传感器测得,曲轴转角信号与上止点信号由韩国现代摩比斯的曲轴位置传感器测得,润滑油的温度是由P100型温度传感器测得,声发射信号由北京声华兴业科技有限公司的SR800型声发射传感器(采样频率50~800 k Hz)测得并由其配套的SEAU2S-1016-08型的声发射检测仪采集记录,缸内压力、发动机的上止点和转角等由江苏联能电子技术有限公司的YE6232B型的16通道数据采集仪采集记录。
2.2 对振动信号的分析
如图2,声发射传感器和振动传感器布置在燃烧室附近的缸体表面。
图3是在1 400 r/min~10 N·m的情况下经小波多分辨率分析处理后的AE信号和振动的信号的对比图。将采集到的声发射信号与上止点信号对应上,并将信号转换到720°的角域中,对声发射信号进行角域分析,振动信号的处理也同声发射信号一样。本文研究团队之前已经证明声发射信号中大幅响应事件主要集中于排气门关闭、进气门关闭和燃烧的位置。从图3中看出,声发射信号除了在排气门关闭、进气门关闭和燃烧的位置峰值响应偏大,在四个行程的中部(90°,270°,450°和630°,在图中已用红线标出)都有明显的峰值响应,而下图的振动信号除了在排气门关闭、进气门关闭和燃烧时有信号峰值响应,在发动机四个行程中部并无偏大的信号峰值响应。可见存在于声发射信号中异常峰值响应并非是由响应能量偏大的碰撞事件产生的。
2.3 拆机检查
通过AE信号与振动信号的对比分析,可以排除活塞组件的相互碰撞,那么这些异常信号可能是相互摩擦造成的。为了验证这种可能性,拆解了单缸柴油内燃机。从图4上看出:连杆小头有明显的磨损痕迹(图中用红色线圈出的部分),所以单缸柴油机活塞组件存在不合理摩擦事件。
2.4 几何估算
通过拆机检查,可以确信活塞组件存在异常摩擦磨损,推测声发射中检测到的异常信号极有可能是由活塞组件的异常摩擦所导致的。为了证实活塞销孔端面与连杆小头的摩擦是否与声发射异常信号直接相关,需要对活塞组件摩擦事件发生的曲轴转角位置进行几何估算,并把估算值与声发射信号所对应的曲轴转角位置进行对比分析,来确定这些摩擦与声发射信号中异常信号的关系。
由于内燃机工作时,当活塞销孔端面和连杆小头发生接触时,曲轴所处的角度,肉眼无法直接观测到,但可以肯定的是当活塞中心线和连杆之间夹角α越大时,活塞销孔端面和连杆小头越有可能发生接触,经测量曲轴的长度60 mm,连杆的长度205mm,利用图5活塞组件的几何模型,通过三角函数及余弦定理,得出α的最大值是17.018 6°,此时β角是90.021 9°,即曲轴转角是90.021 9°。但由于环境温度、测量误差、制造工艺及冲击振动等因素的相互作用,造成曲轴转角大约就是在90°上下波动。那么在内燃机完成一个做工循环时,分别会在大约90°、270°、450°和630°时,活塞销孔端面和连杆小头发生接触。而这些曲轴转角正是声发射信号中异常信号峰值响应的角度域位置。因此确定,声发射信号中异常信号主要是由活塞组件异常摩擦引起的响应。
3 消除故障前后的信号对比
为了验证诊断结果的正确性,将连杆小头磨削去除一部分材料,然后安装在发动机上,采集一段声发射信号进行分析,发现异常声发射信号的峰值响应明显减弱,分析结果表明:声发射的异常信号是由活塞组件结构尺寸不合理产生的,而改进活塞组件的结构尺寸后,仍有微弱的异常声发射信号峰值响应,这说明,此类型单缸柴油机的异常声发射信号源不止一处,有待于进一步的研究诊断(图6)。
4 结束语
(1)基于小波变换及多分辨分析算法诊断分析了由单缸柴油机活塞组件异常摩擦引起的故障特征信号。虽然故障并没有直接影响到整机的使用性能,但过度的摩擦磨损与结构疲劳必然会对设备的日常维护与使用寿命产生负面的影响。本文的诊断结论为该型内燃机的优化设计提供了坚实的理论依据与明晰的实施方向。
(2)研究表明基于声发射技术可以实现单缸柴油机摩擦磨损故障的早期检测与预警。声发射监测技术针对摩擦磨损等微弱异常事件具有优异的监测识别能力,尤其适于在设备运行过程中的在线监测,是一种研究分析柴油机早期故障的有效技术手段。
参考文献
[1]吴建,梁家惠,李淮凌.大型转动机械碰摩故障分析的声发射检测系统.北京航空航天大学学报,1998;24(1):104—108Wu Jian,Liang Jiahui,Li Huailing.Acoustic emission apparatus for rubbing diagnosis of large rotating machinery.Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,1998;24(1):104—108
[2] 林丽,李国禄,王海斗,等.基于声发射技术监测疲劳磨损失效的研究进展.材料导报,2015;29(3):109—114Lin Li,Li Guolu,Wang Haidou,et al.Status of monitoring failure of fatigue wear based on acoustic emission technique.Materials Review,2015;29(3):109—114
[3] Nivesrangsan P,Steel J A,Reuben R L.Acoustic emission mapping of diesel engines for spatially located time series-part II:spatial reconstitution.Journal of Mechanical Systems and Signal Processing,2007;21(2):1084—1102
[4] Nivesrangsan P,Steel J A,Reuben R L.Source location of acoustic emission in diesel engines.Mechanical Systems and Signal Processing,2007;21(2):1103—1114
[5] Fan Y,Gu F,Ball A.Modelling acoustic emissions generated by sliding friction.Wear,2010;268(5-6):811—815
[6] 李学军,廖传军,褚福磊.适于声发射信号故障特征提取的小波函数.机械工程学报,2008;44(3):177—181Li Xuejun,Liao Chuanjun,Chu Fulei.Wavelet function suitable for fault feattiyiq ure extraction of acoustic emission signal.Journal of Mechanical Engineering,2008;44(3):177—181
CFB锅炉磨损故障分析及防磨措施 篇2
关键词：CFB锅炉；磨损；故障分析；措施分析
中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）06-0095-02
随着社会的不断发展和进步，越来越多的人更加注重生活的品质以及环保的问题，因此，锅炉的发展需要顺应社会的需求，不仅需要多方面的、高效率的提供热能，还要在服务社会的同时尽量减少自己的污染，循环流化床锅炉作为其中佼佼者，自然兼备这些特质。CFB锅炉的主要优点大概有三个方面：①燃烧效率高，最高可达到98%以上，燃尽的灰渣残余热值极低。所以这种锅炉是“吃”矸石等低等级煤炭的好手；②对燃料的适应范围很广，大于2800大卡的煤（页岩、矸石等）都可以作为他的燃料；③低温燃烧，可大大降低氮氧化物的生成，同时可以实现炉内脱硫，所以非常环保。
不过，如今CFB锅炉磨损故障问题较为严重，下面就CFB锅炉磨损故障分析以及防磨措施进行论述。
1 炉内受热面磨损
1.1 水冷壁管泄露原因分析
在进行工作的时候，锅炉内部会出现沿壁面往下流的固体物料与向上运动的固体物料相撞、相互摩擦的情况，这种情况不仅会使过渡区域内产生涡旋流，还会对炉膛内四个角落区域的水冷管壁造成一定程度的磨损。再加上一些不规则的区域对固体物料造成的干扰，会致使炉膛内部流动的固体物料在流动过程中突然发生改变，对水冷壁管造成磨损，总而言之，炉内高密度的固体物料的冲撞、冲刷，不规则的流动，是对水冷壁管造成磨损的重要原因。
1.2 水冷壁管泄露防磨措施探讨
1.2.1 防磨堆焊
顾名思义，所谓防磨堆焊，就是在需要进行防磨的区域，用金属熔焊的技术把其堆积在炉内金属的表面，这样，就可以很好的保存炉内原有的金属表面，让具有抗磨特性的金属材料代替炉内的金属材料承受固体物料的撞击和冲刷，在一定程度上达到保护水冷壁管的效果，延长其使用寿命。一般来讲，主要是在风帽、水冷壁下部、还有就是过热器等几个地方采取这样的措施进行防护。
1.2.2 电弧喷涂防磨技术
电弧喷涂是将两根彼此绝缘，机械送进的喷涂丝材送入雾化气流区的某一点，喷涂丝材间通以18～40 V电压，引燃电弧使丝材端部加热熔融并达到过热状态，强烈的压缩空气气流使熔融的金属雾化喷射、并以200～300 m/s高速冲击到经过预先制备的工件表面上，这些温度很高的粒子在工件表面上、因高速冲击而变形，形成叠层薄片，沉积形成一定厚度，随着冷却，最终形成层状结构的涂层。并且这种涂层在施工的时候对基体的热影响也特别小，一般只要基体受热温度不超过200 ℃，基体不会发生性能变化或者是变形，喷涂质量稳定。因此，采用这种方法也能够起到良好的防磨效果。
2 返料器故障与磨损分析
2.1 返料器故障与磨损形成的原因分析
造成返料器故障与磨损形成的原因有很多，一般情况下，有四种比较常见的原因：①因为耐火材料脱落引起返料器中出现不流化的情况，从而造成堵塞，或者是流化风磨损管壁漏料；②由于循环物料含碳量过高造成的返料装置内发生二次燃烧的情况；③因为流化风量控制不足所造成的循环物料大量堆积或堵塞；④返料装置处的循环灰高温结焦。
2.2 返料器故障与磨损采取的措施
①返料器的故障多是由物料堆积或堵塞造成的，为了改善这一情况，更好的保证返料器在较好的流化状态下进行物料运动，建议可以在一定程度上提高流化风压；②对于返料器在运行过程中耐火材料的脱落问题，这个是相对比较难处理的问题，目前并没有一劳永逸的办法，只能从日常下手，在平时注重维护，认真对待每一个环节的工作（包括耐火材料的施工、烘烤等环节）；③要注意返料的温度，要严格控制，尤其是在燃烧燃用灰分大、灰熔点低的煤料的时候，对温度的控制必须要严格。
3 冷渣器故障与磨损
3.1 排渣管堵塞对机器造成磨损
冷渣出灰系统简图，如图1所示。
3.1.1 排渣管堵塞的原因探讨
由图1可见，低温渣排出管道一旦出现堵塞的情况，会直接影响到整个系统的正常工作，同时也会对机器造成一定程度的磨损。一般来说，致使排渣管发生堵塞状况的原因有三个：①在高温及挤压的作用下，排渣管放料阀门开关出现失灵情况；②排渣管堵也是由于燃烧过程中形成的高温焦块或是炉内脱落的耐磨浇注料进入渣管所致；③在高温膨胀条件下，排渣管壁受限而出现渣管变形，造成料渣在排渣管不通畅地流动。
3.1.2 排渣管堵塞采取的措施思考
①适合的材质及阀门型号应该充分考虑，结合排渣管和阀门的自身情况；②为了更为有效抑制炉膛内结焦，应该严格锅炉运行参数的控制；③设计时应该充分考虑排渣口结焦后的处理问题；④锅炉点火过程中，应该及时清除排渣管内的杂物，保证排渣管通畅；⑤耐磨又具有较强结合强度材料应该选择为炉内浇筑料，为了防止炉内浇注料脱落，应该注意耐火材料的养护问题。
3.2 刮板冷渣器部件磨损引起的故障
3.2.1 刮板冷渣器故障形成的原因分析
①在恶劣的环境下，轴承容易损坏；②刮板销子由于磨损而变薄，断链事故在严重时会发生；③压链电机皮带打滑是由于过多的积货放料过快槽箱内。
3.2.2 刮板冷渣器故障采取的措施
由于工作环境以及专业技术的限制，刮板冷渣器的部件磨损是无法避免的一个问题，可以将耐磨损耐高温的材质应用到刮板销子以缓解这一问题，不过为了防止断链事故的发生，通过定期的巡视，发现有磨损严重的立即进行更换；排料的速度在放料调整时不应该过快，及时加润滑油脂，这是在定期检查轴承的运转过程中，为了保证安全经济状态下运行，还应该对于电动机电流进行监视。
除此之外，还有水冷布风板漏渣、浇注料脱落等一些问题，在这里就不做详细的论述。
4 结 语
由于当今社会人们的环保意识正在不断增强，但是锅炉的污染一直都比较大，所以CFB锅炉（循环流化床锅炉）良好的环保性能会致使其成为今后几十年间国内各行业最中意的锅炉。因此，本文对CFB锅炉磨损故障分析及防磨措施这一问题进行简单的论述，针对各个方面的磨损故障进行分析，并采取相应的防磨措施，希望对各位读者有所帮助。
参考文献：
[1] 路建洲.CFB锅炉炉内受热面磨损原因分析及防磨措施[J].应用能源 技术，2013，（9）.
从轮胎的磨损检查判断故障 篇3
一、轮胎要定期检查
农用机动车轮胎要定期检查。检查时要同时观察轮胎表面是否有裂痕或划伤。最好还戴上手套伸到轮胎内侧, 检查是否有可疑的痕迹。只要发现丝毫可疑之点就要立即去修理厂家做全面检查。有毛病的轮胎不要舍不得换下。假如发现轮胎表面磨损情况不正常, 应想到可能车轮的前束调校有问题, 应及时修复。
二、轮胎不正常磨损的现象及解决方法
常见的几种轮胎不正常磨损现象及解决方法如下:
(1) 外侧边缘磨损。如果顺行驶方向观察, 在轮胎的外侧边缘有较大的磨损, 说明轮胎经常处于充气不足的状态, 即充气压力不够。解决办法是多检查几次轮胎充气压力, 要达到充气标准。充气不足的轮胎非常不利于雨天行驶, 抓地性能会明显减弱。
(2) 凸状及波纹状磨损。发现轮胎着地部分的两侧呈凸状磨损, 而且轮胎周边也呈波纹状磨损, 说明车上的减振器、轴承及球形联轴节等部件磨损较为严重。在更换轮胎前, 先检查悬挂系统的磨损情况, 更换磨损的部件。否则, 即使更换轮胎也无济于事。
(3) 表面均匀磨损。轮胎的均匀磨损是正常现象, 其各部都会有相应的表现。一旦花纹已经磨光, 说明轮胎的寿命已尽, 必须更换, 另外花纹还有排遣路面积水的功效, 因此轮胎花纹是保持汽车附着性的重要环节。如果磨损已经达到轮胎花纹的标准深度 (通常为1.6 mm, 宽度大于175 mm的轮胎则为2 mm) 就要更换。当然, 磨损程度会有差别。但须知, 同一根车轴上不同轮胎的磨损差别不得超过5 mm。
(4) 轮胎内的“暗伤”。车辆与硬物发生冲撞后, 或在瘪胎状态下行驶后, 轮胎的橡胶层会有严重划痕, 影响密封程度。在此情况下, 轮胎会漏气、破裂。如创面较小可以修补, 以应及时之需。
(5) 中心部分磨损。如果发现轮胎着地部分的中心面积出现严重磨损的情况, 这表明轮胎经常处于充气过满的状态。这也不利于轮胎的维护, 反而加速了轮胎的磨损。首先一定要检查一下压力表是否精确, 调整好压力。只有高速行驶或载重行驶的时候, 才需要给轮胎过分充气, 而在一般状态下, 则大可不必。
(6) 轮胎侧面裂纹。多因轮胎维护不当或行驶于多石子的路面, 以致坚硬物体接触到轮胎, 在重压下造成了轮胎内层的破损。轮胎侧面出现裂纹必须立即修理, 以修补为好, 否则就要更换轮胎。
(7) 轮胎出现鼓泡。轮胎侧面出现鼓泡。这是因为轮胎内层有裂纹而造成气体通过裂纹达到表层, 最终会导致轮胎“放炮”。不要以为可以修补一下了事, 在橡胶上打补丁只可应急用, 最好及时更换轮胎。
(8) 轮胎内侧磨损, 外层边缘呈毛刺状。常见旧车的悬挂系统不良, 使整个车身深陷下去, 这表明轮胎变形, 两个轮胎的对称性已受到影响。如果有条件最好把减振器等配件全部更换一下。但如果费用太高、则可考虑先请专业修理工调校前桥与轮胎的角度。
(9) 轮胎局部磨损。如果轮胎表面只有一块大面积磨损, 说明是紧急制动时别住车轮所造成的, 而如果前后轮胎有两块相同的磨损, 就说明鼓式制动有问题了。在这种情况下, 无论如何必须更换轮胎了。为应付急用, 当然可以把旧轮胎暂时换到后轮, 以保证行驶安全。
三、轮胎暗伤的检查方法
轮胎暗伤直接影响行车安全, 一般可用敲击抚摸法进行检查, 方法如下:
(1) 用撬棒端部 (Ф16～18 mm) 敲击被检部位, 用力适当, 听到“咚咚”声, 用手抚摸轮胎另一侧, 感觉振颤正常, 说明轮胎良好。
(2) 当敲击在同等厚、薄、软、硬处时声响及振颤应相同, 若有异响表示该处有暗伤;若响声清脆, 发出带有“吱吱”声的“咚咚”声, 表示暗伤在缓冲层或接近缓冲层, 出现帘线已断, 缓冲层折断, 应换新胎。
(3) 当敲击时, 声响为“叭叭”声, 可能是胎层大面积脱空, 同时失去振颤感。
(4) 当敲击时, 出现“嘟嘟”声, 可能是胎层小面积脱空, 同时振感很小。
磨损故障诊断 篇4
制退机起着决定火炮后坐复进运动规律的重要作用,其性能直接影响着射击稳定性、可靠性。据有关资料[1,2]统计,火炮故障多来自制退机,而制退机最常见故障之一是节制环磨损。节制杆式制退机在射击过程中,内部液体处于高速流动状态,由于液体冲刷作用,节制环与节制杆流液孔、节制杆活塞与制退筒壁间隙及调速筒流液孔等流道复杂、几何结构变化剧烈的部位,极易出现磨损,导致后坐过长、后坐过短、复进不足、复进过猛等故障,轻则降低射击精度,重则会使火炮丧失战斗力。
在某国家靶场进行的某型大口径加榴炮500发试验后检查发现该炮节制环端面有密密麻麻的凹坑[3]。分析该故障现象,认为节制环表面发生了空蚀磨损,基于此假设,本文分析了节制环空化、空蚀发生机理,运用计算流体力学理论和空化理论进行了简化的突缩孔道的定常空化湍流数值计算,并提出了一种节制环空蚀磨损量计算模型。
1 节制环空蚀磨损机理分析
在流体机械中,当液体流速大到其静压头低于液体在该温度下的饱和蒸汽压(或空气分离压)时,流体就会发生空化。当液体内部或液固交界面上蒸汽或气体空泡随液体流动过程中,遇到周围压力增大时,体积将急剧缩小或溃灭,由于空泡溃灭过程发生于瞬间(微秒级),因而在局部产生极高的瞬时压强,当溃灭发生在固体壁面附近时,不断溃灭的空泡产生的极高压强的反复作用,破坏固体壁面,称为空蚀[4]。
本文研究对象属杆后坐式制退机如图1所示。射击时,制退杆随炮身后坐,工作腔I中的制退液经节制环与节制杆间变截面环形流液孔高速流入非工作腔II。
由Bernoulli方程可知,液体流经收缩管道时,必然流速增加,而压强降低,使收缩段液体产生膨胀趋势,当压强降至制退液在该温度下的饱和蒸汽压或空气分离压时,液体开始沸腾,生成大量游移型空泡。此外,节制环收缩流道处的流态是湍流,根据湍流的涡团动量交换理论可知它是由无数微小涡团组成的[5],这些微小涡团无规则地激烈地转动着,由于转动使其溶有空气密度较小的液体浓集在转动的核心(密度大含气量小的被甩在外围),从而加速了溶在转核内液体中气体的聚集和析出,降低了该液体在该温度的饱和蒸汽析出所必须的临界能,使流体更易形成空泡。由湍流速度分布可知,靠近壁面的速度梯度最大,因而空泡首先发生在受高速液流冲刷的节制环内表面以及易造成涡流的尖角突缘处。当靠近固体壁面的空泡溃灭时,将对壁面产生巨大的破坏作用,主要机理包括机械作用、化学腐蚀作用、热力作用等,其中以机械作用为主。
(1) 机械作用
节制环表面产生空蚀破坏主要由于空泡溃灭时形成的微射流和冲击波的强大冲击作用所致。学者Hammitt[6]通过计算和实测得出,游移型空泡溃灭时,近壁处微射流速度达70-180m/s,在物体表面产生的冲击压力高达140-170MPa,微射流直径约为2-3μm,表面受到微射流冲击次数约为100-1000次/(s·cm2)。随着空泡不断产生、发育、溃灭,其冲击作用将不断作用于节制环表面,其中强的冲击力可直接使壁面破坏,较弱的冲击力反复作用可引起壁面材料的疲劳破坏,这两种作用均会使制退液流经的节制环遭受空蚀破坏。
(2) 化学腐蚀作用
火炮后坐过程中,因制退杆的不断抽出,非工作腔处于真空状态,溶解在制退液里的氧气易被析出,氧气对铜质节制环的化学腐蚀作用与机械空蚀作用互相促进,加速了节制环表面金属材料的破坏进程。
(3) 热作用
空泡溃灭时,其中含有的气体温度很高(估算达数百度)[7],这些热气体与节制环表面接触时,将使表面局部加热到熔点或使其局部强度降低而促进空蚀破坏。
2 突缩管空化流动数值计算
火炮后坐和复进运动中,制退液流经节制环会发生突缩流动。由此本文将节制环流液孔简化为规则的突缩孔道模型(如图2所示),该模型入口高度为0.024m,出口高度为0.01m,突缩前流道长0.016m,突缩后流道长0.032m。利用Singhal[8]等提出的完全空化模型和混合两相流模型模拟节制环区域二维定常空化湍流流动数值计算。该空化模型考虑了空化流动中的相变、空泡动力学、湍流压力脉动和流体中含有的不凝结性气体的影响。混合两相流模型是一种简化的多相流模型,它用于模拟各相有不同速度的多相流,但文中认为空泡相与液体相的时均速度相等,空泡相的扩散相当于液体相的扩散(扩散平衡),空蚀流动只需要一组动量方程来描述,动量方程中的物理量为空泡相和水流相的体积组分平均量,求解动量方程得到的速度场由各相共享[9]。
2.1 流动控制方程
突缩孔道内部空化流动的控制方程为:
(1) 连续方程
流体相:
空泡相:
(2) 动量方程
式中各参数含义参见文献[8]。式(3)中ρ是混合相密度,与各相密度的关系为:
采用标准k-ε湍流模型使上述控制方程组封闭,将液体相与空泡相统一起来进行研究,因此湍流模型中的k和ε方程与单相流中具有相同表达式,但式中变量为混合流体平均量。
2.2 数值计算方法及边界条件
假设流动过程是定常的等温过程,忽略汽、液界面之间的滑移。液体相密度为1100kg/m3,空泡相密度为0.02558kg/m3,饱和蒸汽压为3540Pa,表面张力为0.0717N/m。采用有限体积法将控制方程组离散为代数方程组,其中对流相采用一阶迎风格式,扩散相采用二阶中心差分格式。采用结构化四边形网格,将突缩管划分为7050个计算网格,如图2所示,设定计算域进口断面为压力入口条件Pin=1MPa,出口断面为压力出口条件Pout=0.2MPa,壁面为无滑移条件,近壁区采用非平衡壁面函数。采用Van Doormal和Raithby[10]提出的SIMPLEC算法进行速度、压力的耦合求解,流场中空泡相体积组分初值为0。
2.3 计算结果与分析
图2所示突缩管为二维轴对称结构,因此对其一半流道的流场进行分析。图3～图6分别是突缩管内部静压、速度矢量、湍动能、空泡体积分数分布图。
图7、图8是突缩管L段管壁湍动能与空泡体积分数曲线。
突缩管空化数值计算结果表明,空化现象主要发生在节流入口下游的一段壁面区域内,而其下游大部分并没有产生明显的空化。由图3、图4可见,液体流经管道收缩入口时,流道几何形状发生突然改变,使流体发生截面收缩现象,增加了流动阻力,同时流速加快,压力降低。图3中A点处的静压力已迅速下降至520399.44Pa,流速增加至30.53076m/s,这片低压区致使空泡体积增大,空泡得以滞留,同时会在此处产生湍流。对比图5和图6,在流道发生剧烈变化,即流道收缩拐角处,壁面速度梯度最大,导致生成大量漩涡,使湍流能量最为集中,图3中B点区域压力仅为3545.148Pa,空泡体积分数为0.996467。由图6可见,在节流入口后的一段壁面区域的空泡体积组分最大,与此对应的图3所示此区域基本是整个流场的最低压力区域,而相应的下游流道是压力较高的区域,其空泡体积分数也较小。由图4可见,流道收缩前的区域,流速平稳,压力分布较为均匀且远大于液体空化压力,因而这一区域几乎没有空化现象发生。图7与图8清晰显示了L段壁面湍动能与空泡体积分数的分布。流道拐角至下游约0.0075m范围内,湍动能最大,此时空泡体积分数也最大,因此对于突缩流道,空蚀应主要集中于此区域,即流道突变的相邻一段区域内,由此验证了文中对节制环空蚀磨损的分析。
3 节制环空蚀磨损计算模型
节制环发生空蚀的根源在于火炮后坐复进过程,制退液高速流过节制环时发生空化,空化又导致空蚀。空蚀作用于节制环表面的最终破坏是来自强大脉动压强的机械作用,因此通过研究材料的力学行为,可以建立较准确的材料空蚀失重计算模型。文献[11]中对多种金属材料进行大量空蚀模拟试验后,提出用材料均匀变形强化模量T与单位变形吸收功N来表征材料空蚀平均失重率W:
式中,W为材料空蚀平均失重率mg/h;V为过流流速m/s;N为材料破坏时单位变形量吸引的最大冲击功J/m;T为材料均匀变形强化模量MPa;α为材料常数。
本文引入式(4),同时结合火炮后坐复进运动计算模型,进行节制环空蚀磨损量计算。假设火炮每次射击后,由于空蚀造成的节制环磨损在周向上均匀分布,由式(4)得到射击n次后,节制环磨损计算模型:
式中,Dn-1、Dn为n-1次和n次射击后节制环孔径,(Un)max为后坐最大过机流速,tn为第n次射击复进时间,L为节制环内径,ρ为节制环材料密度。
根据射击次数计算出节制环空蚀磨损量,可得到不同节制环磨损量对火炮后坐和复进运动特性的影响规律,为进一步研究火炮制退机故障预测与诊断提供了参考。
4 结 语
针对制退机节制环出现的故障现象,分析了其失效机理,认为是由制退机内液体高速流过节制环突缩流道时,发生空化现象,引发了空蚀,导致节制环的磨损。基于计算流体力学,通过求解完全空化模型、混合两相流模型及标准k-ε湍流模型对突缩流道内的空化湍流进行了数值模拟,结果显示了空化发生的部位与强度分布,表明在流道变化拐点附近是发生空化的主要区域。最后,根据研究结果提出了一种制退机节制环空蚀磨损量计算模型,与后坐复进运动计算程序相结合,可根据射击次数调整节制环孔径,得出节制环不同空蚀磨损量对火炮后坐复进特性的影响规律,为制退机故障预测与诊断提供有益的参考。
参考文献
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磨损故障诊断 篇5
一、设备磨损规律
从检修记录看出, 可能造成设备故障的因素主要在有相对运动的零部件之间 (如轴承、轴套、齿轮、离心泵口环、平衡盘、压缩机滑道和密封环等) , 当磨损量超过允许限度时会导致设备失效。据相关资料统计, 全世界超过1/3的能源消耗在各种摩擦损耗上, 80%的机械设备的零部件是由于磨损造成直接或间接事故而报废, 可见认识和重视磨损规律对设备管理工作很重要。
1. 磨损的概念和类型
磨损是指固体相对运动时, 在摩擦作用下, 摩擦面上的物质不断损耗的现象, 其主要表现形式为物体尺寸或几何形状的改变、表面质量的变化。磨损会使机械零件丧失精度, 并影响其使用寿命和可靠性。从广义讲, 磨损分为两种情况: (1) 有形磨损, 设备长期闲置或停放环境差均会降低工作精度, 甚至丧失作业能力。如接收站的雨水泵, 若长时间没有下雨, 水泵长期置于停用状态且操作员未定期启动运行, 泵轴长期保持同一位置而弯曲或因内部污水锈蚀, 造成精度下降, 无法工作。 (2) 无形磨损, 由于技术进步或市场竞争, 新的同类产品价格下调, 或技术、功能更先进的设备, 对现有设备而言就已产生无形磨损和无形贬值, 如接收站原来的SAMGONG快速脱缆钩, 因结构设计存在缺陷, 经常出现脱钩现象, 从投产到2010年底的维修费用已经超过200万RMB, 虽然更换整套国产脱缆钩费用也接近这个费用, 但从设备可靠性和市场占有率来看, 更换整套脱缆钩更加合理。当然, 在评估磨损后的更新改造案例时, 在设备管理理念上会涉及到设备寿命周期费用和设备费用效率问题, 本文不做进一步讨论。
2. 典型的磨损过程
从磨损的过程考虑, 磨损有正常磨损和非正常磨损之分。正常磨损 (图1) 一般分为初期磨损、正常磨损和急剧磨损等3个阶段, 其中A、B为3个磨损阶段的临界点, 可以认为磨损量与使用时间成正比。在初期磨损阶段, 设备各零部件表面宏观和微观几何形状均出现明显变化。这是由于在加工制造过程中, 零件表面不可避免地具有一定粗糙度, 用放大镜观察可发现其表面有许多“凸峰”。当零件相互配合作相对运动时, 由于摩擦“凸峰”很快被磨平, 因此设备初期磨损速度很快, 且主要发生在调试和初期使用阶段。由于零部件表面上的高低不平及不耐磨的表面组织在初期磨损阶段已被磨去, 故正常磨损阶段的磨损速度较前一阶段要慢, 磨损量基本随时间均匀增加。急剧磨损阶段的出现往往是零部件已达到其使用寿命 (自然寿命) 而继续使用造成的, 因破坏了正常磨损关系使磨损加剧, 磨损量急剧上升, 进而造成机械设备的精度、技术性能和生产效率明显下降, 甚至造成机械事故。
GDLNG投产后前3年出现了很多计划维修 (PM) 之外的纠错性维修 (CM) 和紧急维修 (EM) 。最初是海水泵P-8101A推力轴承在试车阶段损坏, 2007年底出现P-1101B低压泵在运行2000 h后振动超标而只能提前大修等问题, 这些均属于设备初期磨损阶段事故。随着设备正常运行和PM的深入开展, 2009年中开始, CM数量明显减少, 以LNG罐T-1101两台低压泵为例, 2006年投产后—2009年3月13日, CM数量为24项, 此后CM总数量为13项。从年度大修结果看, 设备的轴、轴套和轴承等相对运动磨损件比较有规律, 可根据上一次大修情况和经验, 判断下一次大修时间, 在以后几年正常运行时间内, 这种规律将循环出现。对于整机设备, 由于有规律地开展PM, 整机也会处于正常磨损阶段, 至于从正常磨损阶段进入急剧磨损阶段, 或从初期磨损阶段直接进入急剧磨损阶段的时间, 则与维修人员平时是否认真维护和操作人员是否认真操作有很大关系。但在实际实施中, 仅依靠维修和操作的认真协助是不够的, 既有可能出现维修过剩而造成浪费和降低设备使用率, 也有可能出现维修不足而造成设备隐患或设备过度磨损, 为此, 可采用数学模型进行综合评估。
二、机械磨损、机械故障度及可靠性的关系
设备维修管理经常涉及可靠性维修问题, 其中设备的可靠度R (t) 是可靠性维修的1个重要技术指标, 即设备在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率, 与之对应的是故障率F (t) , 两者关系为R (t) +F (t) =1。设备磨损将降低设备可靠性, 增加设备故障率, 而且随着磨损加剧和频率增多, 故障表现更加多元化, 产生恶性循环。如海水泵, 其轴套材料为莫奈尔不锈钢, 但其他部件材料都是双向不锈钢, 尽管这两种材料均有良好的防海水腐蚀能力, 但由于材质不同会在海水中产生电化学腐蚀, 每次大修时都发现轴套腐蚀严重, 这将加快轴套的磨损。一旦腐蚀和磨损到完全不能支撑泵轴运转时, 泵轴就可能产生弯曲, 从而造成更多部件变形和故障, 直接导致故障率F (t) 上升, R (t) 减少。
对于转动设备, 故障更多是因轴承过度磨损、轴弯曲或转子动平衡偏离而造成, 无论是轴承、轴还是整个转子部件, 在使用寿命周期内出现的故障均为弱耗损型, 符合威布尔分布或指数分布特点。其实, 指数分布是威布尔分布的特殊式, 在一定条件下是成立的。经过了解现场设备运行情况, 采用指数分布对如P-7501雨水泵进行验算时, 结果与实际情况比较接近, 认为指数分布函数这种故障率评估更适合于GDLNG的BOG压缩机、LP/HP、海水泵、消防泵和一般离心泵等设备的日常监控和计划维修工作。
三、可靠性分析及计算在设备维修管理中的应用
采用可靠性分析办法适合对单台设备的评估, 也可以针对整套系统的评估。系统的可靠度分为串联系统可靠度和并联系统可靠度, 串联系统是指系统中的一个部分出现故障可能会影响整个生产线的停车, 如码头泊船系统, 若卸载臂液压系统、或其中一整套速脱缆钩、或者登船梯中任何一项出现问题, 那么LNG船都不能按时靠岸, 其R (t) 值就是各个单项R (t) 的乘积;并联系统是指系统中任何一个部分出现问题, 都不会影响整个生产线的正常运行, 如9台低压泵 (LP) 作为LNG输送的主要设备, 即使其中3台出现故障, 一般都不会影响到站内的正常输送。其R (t) 值为各单项F (t) 值乘积后与常数1差的绝对值, 计算比较复杂。
采用以上办法可以对现场高低压泵, BOG压缩机等关键设备的可靠性进行估算, 但这种估算需要大量数据支持, 维修可以借助更多资料, 利用专业RCM (以可靠性为中心的维护) 工具和数据分析, 将维修工作做得更加科学。
四、结束语
机诫设备正常磨损到出现故障的时间比较随机, 但可从日常生产和维修中找出趋势和规律, 并做到及时应对和预防。维修人员可借助RCM专业监测工具, 使用科学计算方法, 使状态维修和计划维修相结合, 避免设备磨损加剧甚至出现设备事故, 作为设备维修的人员, 应该做到如下几点。
(1) 如果设备使用合理, 同时加强维护, 设备正常使用阶段的期限可以延长, 保证加工质量和提高经济效益。反之, 将缩短正常使用期限, 不但影响正常生产, 而且会增加设备的维修费用。
(2) 对机械设备要定期检查。在进入急剧磨损之前就要安排修理, 防止发生事故。根据可靠性分析函数, 过去维修频率越多, 以后出现事故维修的可能性越大, 机械设备每进行一次大修, 设备的正常使用期限就要比上一次短。2~3次大修后, 设备的正常使用期限比新设备大大缩短, 因此在对过去的使用情况进行可靠性分析后, 如果允许, 可以适当延长大修周期, 最大可能提高设备使用率。
(3) 正常磨损阶段的磨损与时间或生产情况成正比, 可根据运转记录进行统计分析后加以判断, 在DCS没有监控到的设备, 可以根据日常经验、外输量甚至设备运转声音来加以判断, 为设备的检修提供参考时间。
(4) 可靠性工作需要大量数据进行累积和分析, 需要各部门大力协助。
摘要：分析机械设备的磨损规律、设备故障和可靠性维修的关系, 结合企业生产维修情况, 采用专业评估办法对企业现场设备的可靠性情况进行探讨, 提高设备计划维修的准确性, 使机械设备在生产中产生更大效益。
关键词：机械设备,磨损规律,可靠性,故障密度,维修周期
参考文献
[1] 刘国军.机械设备的磨损与润滑管理.林业科技情报, 2014, 1
[2] 屈梁生等.机械故障诊断学.上海科技出版社, 1986
主排风机滑动轴承的磨损诊断与分析 篇6
一、主排风机滑动轴承产生磨损的原因
滑动轴承的磨损通常有划伤、轻微磨损或严重磨损, 根据滑动轴承的实际磨损情况, 其产生磨损的原因主要有以下几个方面。
第一, 负载过大。滑动轴承的主要作用是承受负载, 但是如果其承受的负载过大, 则滑动轴承运行过程中会产生较高的热量, 持续高温会使金属的附着力降低, 从而使得滑动轴承表面物质脱落而产生磨损。
第二, 异物进入滑动轴承。滑动轴承运行的过程中, 如果质地坚硬的异物进入滑动轴承间隙中, 硬质异物会与轴承表面产生摩擦, 从而使轴承产生磨损。
第三, 滑动轴承的位置不当。机械管理工作人员在装配滑动轴承时, 没有将滑动轴承装在中心线上, 轴承偏斜, 而滑动轴承在运行的过程中, 其中一端会出现较为严重的摩擦, 摩擦产生的热量使轴承表面的金属疲劳, 从而使轴承受损。
第四, 轴承润滑不足。机械管理人员在维护滑动轴承时, 没有严格按照相关规定对滑动轴承进行润滑处理, 或工作失误而润滑不当, 使得滑动轴承在工作过程中油量供应不足, 使得流体动力油膜破裂而产生磨损、咬死等情况。除此之外, 油路泄漏、油路不畅、油泵障碍、油网堵塞、减压阀弹簧故障等原因均可能导致滑动轴承在运行过油量供应不足, 这种断油故障也会引起滑动轴承磨损、故障。
第五, 酸性物质或气蚀的腐蚀作用。滑动轴承需要在润滑油的作用下运行, 但是润滑油中的酸性物质对金属有腐蚀作用, 使得滑动轴承的表面物质逐渐被腐蚀, 从而出现局部或大部轴承表面物质变质的情况。气蚀即指外油中空气泡的形成和崩溃会使得局部压力大幅提高, 增大了滑动轴承该局部位置的压力, 使得滑动轴承负载过重, 从而产生磨损。
在实际应用过程中, 机械工程师通常会谨慎选择轴承的材料, 保证滑动轴承在工作过程中与轴颈同轴, 从而防止滑动轴承产生较为严重的损伤。一般情况下, 机械工程师选择滑动轴承衬套材料时, 会选择使用铅基巴氏合金, 巴氏合金具有较强的抗腐蚀能力、抗烧结能力、抗镶嵌能力, 且其容不同轴的能力同样较好, 是滑动轴承的理想材料。通常情况下, 滑动轴承开始出现磨损时, 巴氏合金层通常最先受损。实验人员应用铁谱分析法分析油样成分时, 巴氏合金所占的比例显著较大。
二、主排风机故障案例
本文所研究的主排风机滑动轴承衬套应用的是铅基巴氏合金, 电动机的功率为9300k W, 风压2000mm H2O, 排气量21000m3/min, 其实际结构如图1 所示。机械维护人员对该主排风机轴承进行维护时, 分析其油样组成, 而该油样的直读铁谱分析数据与前次检差数据存在显著的差异, 数据值明显增大。其中大磨粒读数DL值显著升高, 且存在较多的锡元素、铅元素。分析铁谱谱片上存在较少滑动磨粒的同时, 较多的有色金属颗粒沉积在分析铁谱谱片的全长位置, 约10~20μm, 这些颗粒按照磁力线的方向随机排列于分析铁谱谱片上, 呈现为表面呈粒状而不光滑的团状物质, 该物质有较深的颜色, 可吸收多数光, 利用偏振光照射该物质时, 物质表面无闪烁光, 可推断该物质并不是黑色的氧化铁。这些磨损颗粒物质主要是滑动轴承衬套巴氏合金, 据此可推断轴瓦存在磨损情况, 且是润滑不到位引起的磨损, 机械维护人员提出相关警告。机械维护人员进行主排风机轴承油样检验时, 同时进行振动情况分析, 且振动情况分析结果并没有显示出异常情况, 所有的振动参数均正常, 使得该磨损情况没有得到及时处理。
一个月后, 机械维护人员再次对主排风机油轴承油样进行检查, 实验检测结果与上次检测结果所反映的情况相同, 油样中的巴氏合金含量较高, 且出现熔融的情况, 部分巴氏合金磨料表面已经形成球状形态, 可见滑动轴承的磨损情况仍处于发展当中, 建议进行停机检修, 并对轴瓦等部件的受损情况进行谨慎分析。之后机械维护人员拆开了主排风机的轴瓦, 图1 所示4 个样点均受到磨损, 且磨损的程度不一, 滑动轴承衬套存在划伤, 局部表面金属脱落。滑动轴承换用新轴瓦后, 其工作恢复正常。本次研究的案例主要应用了油样分析法预测机械故障, 且油样分析法在早期机械故障预测方面的应用价值比振动分析高, 主要原因是主排风机并没有非常明显的故障, 其各项装置和零件均处于正常的工作状态, 不会出现明显的振动异常, 因此, 早期故障预测应采用油样分析法, 以减少磨损严重、咬死等不良事件的发生。如果在本次检测中没有应用铁谱分析技术, 而只是依靠振动分析进行故障排查工作, 则滑动轴承最终会由于磨损严重而咬死, 轴承失效而引起整个机组停运。
三、关于铁谱分析技术的探讨
在机械设备中, 滑动轴承的应用频率较高, 但是其容易出现磨损的情况。在实际应用过程中, 可使用铁谱分析法对油样组成成分进行监测和分析, 从而及时发现异常情况, 便于机械维护人员及时排除故障。尽管振动分析同样可有效检测机械运行故障的情况, 但是磨损故障的排查难度较大, 且滑动轴承出现磨损初期, 其工作状态仍处于正常状态, 且磨损不会影响其他零件的正常运行, 从而机械整体振动参数均可能处于正常参数范围内, 从而无法有效地预测障碍。与振动分析方法不同, 铁谱分析方法可有效检测出大量的磨粒, 从而为尽早排除故障提供科学依据。但是在实际应用过程中, 由于铁谱主要对铁磁性物质的灵敏度较高, 但是对非磁铁性物质的反应较迟钝, 如果非磁铁性质物质的量并不多, 则铁谱分析可能失效。由此可见, 铁谱分析预测滑动轴承磨损故障的应用难度较高。对此, 企业应积极地加强对故障预测技术的研究, 仔细研究主排风滑动轴承磨损的原因, 积累经验, 并提出有效的处理措施来预防故障的发生, 从而降低滑动轴承失效的事件, 减少由于故障而产生的经济损失, 提高企业的经济效益。
结束语
滑动轴承是主排风机重要的组成部分, 其运行状态直接影响着整台机械的运行效率。从理论方面来讲, 采用铁谱分析可有效预测滑动轴承的磨损情况, 为机械维护人员提供检修依据, 从而维护机械的正常运行。但是, 铁谱分析的实际应用难度较高, 企业应加强对铁谱分析技术的研究, 多积累机械故障预测和处理经验, 提高机械工作效率, 从而为企业的发展奠定良好的基础。
摘要：主排风机滑动轴承产生磨损的原因主要有负载过大、异物进入滑动轴承、滑动轴承位置不当、轴承润滑不足以及酸性物质或气蚀的腐蚀作用。本文探讨了一例应用铁谱分析技术预测主排风机滑动轴承磨损的案例, 分析了铁谱分析技术的实际应用情况。
关键词：主排风机,滑动轴承,磨损,诊断技术
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磨损故障诊断 篇7
开关柜手车可分为断路器手车、电压互感器手车、计量手车、隔离手车等, 是电网10 k V系统的核心组成部分。手车在柜体内有断开位置/试验位置和工作位置, 每一位置都分别有定位装置, 以确保联锁可靠。手车的操作必须按联锁防误操作程序进行, 各种手车均采用丝杆摇动推进、退出, 操作较为轻便、灵活, 适合各种值班人员操作。
电力设备在投入运行前需要经过严格的验收程序, 以保证电网的安全稳定运行, 开关柜手车也不例外。变电站10 k V开关柜手车动、静触头如果存在垂直偏差, 其撞击力有可能导致触头变形、灼伤甚至出现设备事故。在以往整改工作中, 一般都是采用微调动、静触头高度等辅助方法。本文以某220 k V变电站10 k V开关柜手车动、静触头存在垂直偏差引起碰撞磨损处理过程为例, 对类似问题进行了原因分析, 并提出了处理方法。
2 问题表象及原因分析
2011年11月份, 检修人员在某220 k V变电站进行10 k V开关柜手车投运前验收时发现, 某开关手车摇进摇出柜体时有强烈的落差感, 且上触头有明显撞击磨损的痕迹 (见图1) 。
这种撞击将有可能使触指弹簧松动, 导致触头变形甚至灼伤引发设备事故。从现场情况来看, 可确认为手车动、静触头存在垂直偏差引起碰撞所致, 经测量, 手车动、静触头中心距底盘均为605 mm (见图2) 。排除由于手车制造工艺误差使触头产生垂直偏差的可能, 可判断为开关柜的导轨支撑强度不足, 手车在行进过程中导轨受外力变形, 使手车整体略微下沉导致动、静触头中心点产生垂直偏差, 因此问题焦点集中到导轨的材质及组合方式上。
导轨实物图见图3。导轨是采用A3钢板冷压折弯配铜质接地片铆接组合而成, 由于金属的刚性, 不可避免在组合处会存在一定的缝隙, 使导轨的抗弯许用应力降低。为了解决这个问题, 确保设备的安全稳定运行, 需对导轨加以改造。
3 导轨改造
3.1 设计方案
考虑到铆接结构的加工难度大、组合处的缝隙无法完全消除且随着使用时间的增加, 组合型导轨容易出现机械偏差等不利因素, 决定对导轨进行整体更换。采用对高强度铝合金整体压铸型材进行整体压铸的方式, 消除了组合结构的缝隙, 且强度高, 稳定性好。
确定材质及设计方案后, 对新导轨进行整体设计。柜体本身未做改动, 因此导轨尺寸不变, 导轨结构图见图4。改造后的导轨机构图见图5。
3.2 更换步骤及注意事项
(1) 更换导轨。拆除旧导轨, 安装左右新导轨固定连杆时, 应注意外六角连杆必须有一个平面与水平隔板垂直。
(2) 恢复接地刀联锁装置 (见图6) 。用尖嘴钳安装好右侧接地刀联锁装置与接地刀滑片的卡簧, 装上断路器室右侧封板, 用十字螺丝刀拧紧断路器室右侧封板的3个自攻螺栓。
(3) 安装断路器室水平中隔板 (见图7) 。固定中隔板位置后, 拧紧水平中隔板底部一个M10×25铜排接地螺栓, 装好中隔板左右两侧各两个与柜体连接的M8×20外六角螺栓, 关上开关柜电缆室门, 注意中隔板与导轨之间预留2 mm左右的间隙。
完成上述步骤后, 反复摇试, 手车在导轨上应行进顺畅, 触头咬合时无落差感, 触头无撞击痕迹, 据此判定10 k V开关柜手车触头落差问题已基本解决, 将同批次的导轨全部更换。投入运行结果表明, 截至目前所有手车运转正常。
4 结束语
10 k V开关柜手车触头碰撞磨损故障是开关柜较为常见的故障, 但其原因却不尽相同, 手车制造工艺、运输及安装、运行人员是否按要求操作甚至地基是否平整均有可能影响到手车行进的流畅性。应根据现场检查情况制定准确、合理、有效的处理方案。当然, 不同的厂家、不同用途的开关柜构造有所区别, 多数手车触头臂固定螺丝留有一定的裕度, 若触头垂直偏差不大, 微调即可满足要求。新投入运行的开关柜应反复摇试, 发现问题及时联系施工方及厂商整改, 从源头把好安全第一关。开关柜投运后应加强巡视, 利用停电检修机会认真检查, 及时发现问题, 采取措施, 保证电网的安全稳定运行。
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磨损故障诊断 篇8
1.1 故障现象
在压缩机实际运转过程中, 通常会出现填料泄漏量大于正常值, 且冷却水管线出现大量气泡。当将故障气缸打开之后发现, 一些填料出现比较严重的磨损状况, 且还出现偏磨, 更为严重的则碎裂成数小块。
1.2 密封结构及其原理
通常情况下, 压缩机柱塞填料所受压力可达280 MPa, 且构成为多级密封元件, 即冷却系统、低压填料、热装缸套、导向环及减压环等, 密封填料结构见图1。当高压气体实施节流降压后, 压力则会减少至0.5 MPa, 泄漏量范围0~50 kg/h。
压缩机实际运转中, 高压侧所泄漏的气体, 会自填料边与填料函的相应间隙及柱塞表面向低压侧泄漏。各组填料的径向压力均由弹簧提供且对桩塞表面实施预紧。在填料函室及填料环之间, 均有密封气体, 是第一道密封面。被密封的气体, 在柱塞与填料环之间不能通过, 而在填料函和填料环所存间隙处进入。相应侧间隙内部所存在的气体压力, 会促使填料环压紧于下一道填料函的相应密封端面, 从而形成第二道密封面。与此同时, 间隙中的气体压力, 会在填料环背面起到相应作用, 使第一密封面得以强化。若第一密封面出现破坏状况, 柱塞和填料环间隙中的气体便会流出, 第二密封面便难以建立, 在此状况下, 尽管填料环能够与填料函端面有效接触, 然而密封作用则失效。第一密封面的形成, 关键在于弹簧的预紧力, 如弹簧预紧力减弱或完全消失, 则第一密封面密封效果就会完全失效。在具体运行状态下, 气体则会在填料环相应开口位置处泄漏, 并流向下一级, 而在下一级相应密封中, 同样存在与上述系统较为相似的结构形式, 而当一组密封填料组合起来时, 便可将原本280 MPa压力的气体迅速降到0.5 MPa。与此同时, 在泄漏量相对减少的状况下, 期间存在大量压能, 便会在短时间内转化为相应热能, 伴随循环状态的冷却油, 将其带至气缸体内, 以此达到阻止泄漏的效果。
1.3 填料环损坏失效原因分析
首先是润滑油的影响, 润滑油泵将油压到相应注油点处, 分配器将油分至各组填料函。润滑油具有的黏度, 促使油在相应密封表面形成油膜, 以此达到润滑及密封的效果。若供油量分布不均或出现减少状况, 会加快填料磨损, 进而影响填料的密封性。其次是填料环腐蚀, 当填料环实际运转时, 基于疲劳腐蚀及应力腐蚀的双重影响及作用, 在相应填料环的表面上形成形状及大小不同的浅坑, 在柱塞与填料接触部位越发明显。最后是安装精度的影响, 填料环安装过程中, 应与相关要求相符。若安装时就存在较大间隙, 相应泄漏量就会增大。若间隙过小, 则会造成较严重的磨损, 使用寿命缩短。
1.4 处理措施
在润滑油选择上应满足相应要求, 目前长城牌4502和4506润滑油更为适宜, 为达到对填料和柱塞的降温目的, 还应保证润滑油的流量, 在条件允许情况下, 尽量选用黏度低的冷冻油, 可提高压缩机的机械效率, 降低启动电压, 提高系统润滑性能。实施检修时, 应对有关间隙进行严格控制, 还应保证装配精度。相对增加低聚物的排放频次, 减少系统内相应低聚物的实际含量, 减少填料间隙内所停留的低聚物, 以此达到增加填料使用寿命的效果。
2 料盘断裂
2.1 故障现象
填料盘作为往复压缩机在密封方面的重要构件, 主要由厚度不同但直径相同的金属圆盘构成, 在其内部设置有凹槽, 用来放置填料环。填料盘的主要故障形式为穿透性裂纹, 当填料盘出现裂纹时, 气体会通过裂纹流入到冷却油系统中。在油系统相应回油视镜当中, 便会存在大量气泡。此外, 在压缩机DCS监控系统中, 压力及温度曲线也会随之发生相应变化。
2.2 工作原理
在系统填料盘上均有相应通孔设计, 通过油孔向填料盘流入的高黏度润滑油, 在柱塞及润滑填料共同作用下, 便会对气体予以密封。在填料环的气缸及外环所构成的空间内部, 通常情况下均有具有冷却效果的润滑油。
2.3 失效原因
(1) 应力集中。填料盘断裂失效, 通常情况下出现在润滑油孔处, 且基于小孔处具有较为集中的应力, 在压力为280 MPa的介质作用下, 在油孔处便会出现细微的裂纹, 裂纹会随压缩机运转而不断扩大, 最终导致穿透性裂纹产生。
(2) 疲劳损坏。压缩机时, 气缸柱塞填料函处要承受280 MPa的压力, 系统的吸气和排气是一个完整过程且处于不断循环之中, 气体压力波动范围在100~280 MPa, 此状况意味着在完成一个循环操作时, 填料函相应密封面将承受十分大的交变应力, 即气缸及密封函处存在疲劳应力。
(3) 密封面微动磨损及气体渗透。在摩擦表面组间所存在的法向压力, 会造成其表面出现相应微凸体粘着状况。小振幅振动将粘合点剪断, 成为磨屑, 而在具体的磨损当中, 此过程中扮演着磨粒的作用, 摩擦表面上会出现虫纹形伤疤或麻点, 这便是造成应力集中的原因, 同时也是造成零件受动载体失效的直接原因。压缩机实际运行中, 气缸内压力是周期性变化的, 相应密封处存在的滑动为微米级, 存在微动磨损状况。在此区域框架内, 填料在密封性方面相对较差, 致使系统出现气体渗漏状况。
2.4 处理措施
对于L5.5-40/0.2-7型压缩机, 应消除较大的脉动压力及其所造成的影响, 在气缸及填料函的选择方面, 可选用相应热压套合的双层结构, 材料可选择HT350, 可承受较高的压应力且可以消除一些脉动压力, 减少相应疲劳应力。为减缓气体渗透及微动磨损, 在实际填料函结构选择上, 应选用圆角过渡的相应结构。对填料盘进行相应修复时, 要严格控制填料函的厚度, 一般厚度不应超过2 mm, 以此减少弯曲应力及弯曲变形方面所造成的破坏。此外, 应控制填料函及填料环之间的间隙, 通常保持在0.22~0.27 mm。
2.5 气阀故障
气阀作为往复机组当中最为关键的构件, 其好坏与否, 对压缩机的运行具有直接影响。通常情况下, 其磨损主要表现为弹簧磨损或断裂、阀头磨损及支架破损。
往复机气阀主要有支架、弹簧、阀头及阀套等零件。压缩机吸气操作时, 气体就会从R道流入, 顶开吸入阀A后进入到缸套, 完成升压 (280 MPa) 后, 将出口阀B顶开, 从C通道流出, 最终进至聚合反应器。
2.6 失效原因
支架及阀座与阀头之间存在周期性的冲击作用, 导致阀头在密封面方面出现磨损状况, 更甚者则会造成损坏, 致使在密封效果上失效, 气体流动杂乱, 且在出入口方面的温度及压力变化较大且剧烈。此外, 基于弹簧受交变出现的应力的相应影响, 便极易造成断裂状况, 导致气阀失效。
2.7 预防措施
对于气阀使用寿命, 弹簧压缩量及阀芯行程均会对其造成影响, 若相应行程太小, 会造成憋压, 影响气缸填料。组合阀等位置上的静密封, 也会出现相应泄漏状况;若相应行程过大, 则对阀芯所造成的冲击会相应增大。若弹簧压缩量出现增大状况, 则会造成弹簧折断, 若小, 则会出现窜气。经多年实践可知, 弹簧压缩量应控制在4 mm, 而阀芯行程则控制在5 mm, 则可延长气阀使用时间。
摘要：往复式压缩机气阀故障、填料盘断裂及填料磨损, 具有较高故障率。以L5.5-40/0.2-7型压缩机为例, 从工作原理、故障现象、失效原因及具体预防措施等方面予以分析。
关键词：往复式压缩机,气阀,磨损,填料
参考文献
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[2]毕文阳, 江志农, 刘锦南.往复压缩机气阀故障模拟实验与诊断研究[J].流体机械, 2013, (6) :6-10.