吳昌浩，曹景芳

(華電國際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522)

0 引言

某電廠#5機(jī)組為635 MW機(jī)組，鍋爐采用單爐膛、懸吊式、燃煤汽包爐，機(jī)組制粉系統(tǒng)共配有6臺雙進(jìn)雙出、單電機(jī)驅(qū)動鋼球磨煤機(jī)。磨煤機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速為990 r/min。磨煤機(jī)型號為D-10D，筒體轉(zhuǎn)速為17.2 r/min，大齒輪齒數(shù)為280，通過與減速機(jī)輸出軸相連的23齒的小牙輪進(jìn)行嚙合驅(qū)動。減速機(jī)型號為165HP1，單級減速，高速齒輪齒數(shù)為24，低速齒輪齒數(shù)為112，減速比為4.667∶1.000，均為滾動軸承支撐，齒輪型號為898/892CD[1]。

減速機(jī)齒輪為漸開線斜齒輪。漸開線斜齒輪減速機(jī)具有嚙合性好、傳動平穩(wěn)、噪聲小、載荷能力高的特點(diǎn)。運(yùn)行過程中此類齒輪減速機(jī)振動值較小，在出現(xiàn)斷齒及其他故障的情況下，即使已經(jīng)有明顯的異音，振動值依舊處于較低水平，不能準(zhǔn)確反映設(shè)備的故障情況和劣化趨勢。本文通過采集和分析漸開線斜齒輪減速機(jī)日常運(yùn)行及各故障階段數(shù)據(jù)，找到有效的趨勢監(jiān)測方法，達(dá)到準(zhǔn)確判斷此類減速機(jī)故障及故障嚴(yán)重程度的目的。

1 故障現(xiàn)象

以該電廠齒型為漸開線斜齒的低速鋼球磨煤機(jī)減速機(jī)作為監(jiān)測對象，單側(cè)驅(qū)動鋼球正常運(yùn)行過程中，振動值較低且隨負(fù)載大小有一定的波動。長期的運(yùn)行監(jiān)測顯示，設(shè)備正常運(yùn)行以及存在故障并出現(xiàn)異音時，振動值變化并不明顯，按照ISO 10816標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)未達(dá)到振動警戒值。

2 設(shè)備異常問題

2017年3月23日，在對該磨煤機(jī)減速機(jī)進(jìn)行定期測量和檢查時，發(fā)現(xiàn)電機(jī)、減速機(jī)及小牙輪處出現(xiàn)明顯異音，無法準(zhǔn)確判斷異音來源。采用CX10便攜式振動儀采集振動信息，與3月7日的測量值相比較(見表1)，振動略有增大，振動烈度為3.36 mm/s，但未超出4.50 mm/s的警戒值。

圖1所示的減速機(jī)軸承部位的振動頻譜圖中，主要振動頻率成分為減速機(jī)齒輪嚙合頻率以及嚙合頻率的2倍、3倍諧波頻率，嚙合頻率及其諧波的幅值較低[2]，與2017年3月7日測量結(jié)果相比沒有明顯變化，水平方向嚙合頻率成分幅值僅為0.25 mm/s，嚙合頻率成分兩側(cè)可見少量間隔為0.21倍頻(此頻率為減速機(jī)低速齒輪轉(zhuǎn)速頻率)的邊帶。通過分析頻譜圖，可以初步判斷減速機(jī)部位低速齒輪存在磨損，但頻率成分幅值較低，根據(jù)振動烈度及頻譜圖數(shù)據(jù)，只能判斷為輕微故障。

表1 磨煤機(jī)減速機(jī)部位振動烈度Tab.1 Vibration intensity of coal mill reducer mm/s

圖1 減速機(jī)軸承部位振動頻譜(2017-03-23)Fig.1 Vibration spectrum of the bearing parts of the reducer(2017-03-23)

對3月23日測量的時域波形圖(如圖2所示)進(jìn)行分析，圖中出現(xiàn)明顯的周期性沖擊，且沖擊幅值較大，沖擊間隔為減速機(jī)低速齒輪旋轉(zhuǎn)周期[3]，可以判斷減速機(jī)低速齒輪存在斷齒情況。對異音出現(xiàn)之前3月7日的測量信息(如圖3所示)進(jìn)行分析，時域波形圖中已出現(xiàn)輕微的周期性沖擊，間隔也與低速齒輪旋轉(zhuǎn)周期相同，說明設(shè)備出現(xiàn)異音之前，設(shè)備故障已在時域波形圖中有所表現(xiàn)。比較兩次測量時域波形圖，可以判斷齒輪已出現(xiàn)明顯斷齒且有劣化趨勢。

圖2 減速機(jī)軸承部位時域波形(2017-03-23)Fig.2 Time domain waveform of the bearing part of the reducer (2017-03-23)

圖3 減速機(jī)軸承部位時域波形(2017-03-07)Fig.3 Time domain waveform of the bearing part of the reducer (2017-03-07)

從3月23日測量的減速機(jī)軸承部位解調(diào)頻譜圖中(如圖4所示)也可以看到明顯的0.21倍轉(zhuǎn)速頻率成分，為低速齒輪轉(zhuǎn)速頻率，與3月7日測量的數(shù)據(jù)相比(如圖5所示)，頻率成分沒有變化，但幅值出現(xiàn)明顯增大，垂直方向由0.3g增大到0.8g，說明故障出現(xiàn)明顯劣化趨勢。

圖4 減速機(jī)軸承部位解調(diào)頻譜(2017-03-23)Fig.4 Demodulation spectrum of the bearing part of the reducer (2017-03-23)

對解調(diào)波形圖進(jìn)行分析，前后兩次測量的沖擊值最大值分別為4.0g，5.4g，均屬于較低水平，但兩次解調(diào)波形圖中均出現(xiàn)周期性沖擊，沖擊尖峰及周期性非常明顯，周期為低速齒輪旋轉(zhuǎn)周期，如圖6、圖7所示。

綜上所述，可以判斷減速機(jī)低速齒輪在3月7日日測量時就已經(jīng)出現(xiàn)斷齒，至3月23日，斷齒情況進(jìn)一步發(fā)展，故障持續(xù)劣化并出現(xiàn)異音。

圖5 減速機(jī)軸承部位解調(diào)頻譜(2017-03-07)Fig.5 Demodulation spectrum of the bearing part of the reducer (2017-03-07)

圖6 減速機(jī)軸承部位解調(diào)波形(2017-03-07)Fig.6 Demodulation waveform of the bearing part of the reducer (2017-03-07)

圖7 減速機(jī)軸承部位解調(diào)波形(2017-03-23)Fig.7 Demodulation waveform of the bearing part of the reducer (2017-03-23)

根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)測，準(zhǔn)備檢修備品并制訂檢修計(jì)劃，于4月17日對設(shè)備進(jìn)行停運(yùn)檢修。檢修前對設(shè)備振動情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，頻譜圖中嚙合頻率成分幅值沒有明顯變化，解調(diào)頻譜圖中低速齒輪轉(zhuǎn)速頻率成分幅值上升到1.08g，時域波形圖中，沖擊值最大為6.40g，解調(diào)波形圖中周期性沖擊值明顯增大，高達(dá)11.29g，如圖8、圖9所示。

圖8 減速機(jī)部位解調(diào)波形(2017-04-17)Fig.8 Demodulation waveform of the reducer part (2017-04-17)

圖9 減速機(jī)部位時域波形(2017-04-17)Fig.9 Time domain waveform of the reducer(2017-04-17)

3 檢修處理及振動分析

按計(jì)劃對減速機(jī)部位進(jìn)行檢查處理，發(fā)現(xiàn)齒輪斷齒嚴(yán)重(如圖10所示)，對減速機(jī)齒輪進(jìn)行更換。

圖10 減速機(jī)低速齒輪損壞情況Fig.10 Decelerator low speed gear damage

設(shè)備解體后，對比測量的設(shè)備振動值及振動圖譜，整個故障過程中，設(shè)備振動烈度變化不明顯。至4月17日檢修前，設(shè)備振動頻譜圖中齒輪嚙合頻率成分及其諧波和邊帶成分均沒有明顯增大，說明振動頻譜圖中此類減速機(jī)斷齒故障特征不明顯。

解調(diào)波形圖在故障初期有所表現(xiàn)，沖擊的頻帶較寬，容易與齒輪嚙合不良的故障混淆，在故障發(fā)展過程中，波形有持續(xù)變化，后期形成明顯的周期性沖擊，沖擊的頻率成分可以反映故障齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率，且沖擊值持續(xù)升高，對發(fā)現(xiàn)初期故障和監(jiān)測劣化情況有一定的指導(dǎo)。

故障發(fā)生初期，在現(xiàn)場異音出現(xiàn)之前，時域波形圖和解調(diào)頻譜圖就已經(jīng)出現(xiàn)明顯特征，對發(fā)現(xiàn)初期故障有較好的指示作用；故障劣化過程中，幅值及沖擊尖峰的幅值均有明顯的變化，沖擊的頻率表現(xiàn)為故障齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率，是發(fā)現(xiàn)初期故障和監(jiān)測故障發(fā)展情況的有效手段。

4 結(jié)論

低速鋼球磨煤機(jī)是電廠的重要輔機(jī)，齒輪減速機(jī)是設(shè)備的重要組成部分，通過對此類型磨煤機(jī)減速機(jī)故障全過程的監(jiān)測，可以得到以下結(jié)論：齒型為漸開線斜齒輪的減速機(jī)運(yùn)行過程中，振動數(shù)值的大小、振動頻譜圖中的頻率成分及其幅值不能明顯反映齒輪斷齒故障，不能準(zhǔn)確指示故障情況；在已經(jīng)斷齒后，解調(diào)波形圖有明顯的指示作用，能反映故障齒輪的位置，且隨故障劣化變化明顯；時域波形圖和解調(diào)頻譜圖在斷齒故障發(fā)生初期就有很明顯的變化，能反映故障齒輪的位置，且隨故障的劣化，可以作為趨勢監(jiān)測和分析齒輪損壞情況的主要依據(jù)。