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風(fēng)電齒輪箱可靠性分析與研究

文檔作者：徐莘博竇文望劉寶全趙林川文檔來源： 1．大連理工大學(xué) 2．東北大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月01日
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材料；
3．2．4機(jī)械部件中盡量不要有縫隙；
3．2．5機(jī)械表面要使用較好的防銹
漆，這樣可以避免機(jī)械部件和腐蝕介質(zhì)
的直接接觸，起隔離作用。在對焊縫涂
漆時一定要注意，要保證機(jī)械部件的每
一個部位，包括接縫處，都要涂漆；
3．2．6在機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)方面，要盡
量避免凹形狀的出現(xiàn)，或者在設(shè)備上設(shè)
計(jì)排水孔，預(yù)防水分在設(shè)備上滯留所導(dǎo)
致的金屬腐蝕；
3．2．7在焊接的過程中，要盡量采用
連續(xù)焊接技術(shù)，且對焊接處的夾縫要進(jìn)
行合理設(shè)計(jì)；
4。設(shè)備防腐蝕方法
機(jī)械設(shè)備的防腐蝕方法有很多種，
但大都是從金屬本身特質(zhì)方面考慮，盡
量減少金屬和具有腐蝕性的介質(zhì)的接觸，
或者是在金屬的表面涂上防腐蝕的材料
等。
電化學(xué)保護(hù)法主要是利用電化學(xué)機(jī)
理，對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，使金屬設(shè)備變?yōu)?
腐蝕電極中的陰極，從而對設(shè)備進(jìn)行防
腐蝕保護(hù)，一般主要采用#t-tlu電流法和
犧牲陽極保護(hù)法。
外加電流法是指，將需要保護(hù)的金
屬作為電池的一極，將另一種附加電極
作為電池另一極，而且把需要保護(hù)的金
屬作為陰極，然后外加電流，對作為陰
極的金屬進(jìn)行保護(hù)。
犧牲陽極保護(hù)法，是指將與被保護(hù)
的金屬材質(zhì)相同的金屬作為陽極，固定
在被保護(hù)的金屬上，作為腐蝕電池，被
保護(hù)的金屬則作為陰極被保護(hù)起來。這
是一種科學(xué)合理的方法，被很多企業(yè)采
用，且效果很好。
5．結(jié)論
腐蝕現(xiàn)象的存在給個化工企業(yè)造成
了困擾， 因此， 防腐蝕措施的研究顯得
尤為重要。本文對設(shè)備發(fā)生腐蝕的原因
進(jìn)行分析，對腐蝕產(chǎn)生的化學(xué)機(jī)理進(jìn)行
了研究，并對化工機(jī)械設(shè)備的防腐蝕設(shè)
Academ ic
學(xué)術(shù)
計(jì)從材料的選擇和工藝的選擇方面進(jìn)行
了闡述，最后提出了防腐蝕的兩種有效
的方法，對化工企業(yè)解決機(jī)械腐蝕問題
具有重要的參考意義。
參考文獻(xiàn)：
[1]孫嬡嬡。化工設(shè)備的防腐控制研
究[J]．價值工程，2013(01)．
[2]景艷．芻議化工機(jī)械設(shè)備的防
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2012(36)．
[3]劉春榮．淺談化工機(jī)械設(shè)備的
防腐設(shè)計(jì)及措施[J]．裝備制造技術(shù)，
2011(10)．
[4]宋欣，馮麗鋒．提高化工機(jī)械設(shè)
備防腐蝕能力探討[J]．石油和化工設(shè)備，
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[5]孟丹．化工機(jī)械設(shè)備濕H2S介
質(zhì)應(yīng)力腐蝕研究[J]．化學(xué)工程與裝備，
201O(09)．
風(fēng)電齒輪箱可靠性分析與研究
徐莘博 竇文望 劉寶全 趙林川
(1．116024 大連理工大學(xué) 遼寧大連 2．110819 東北大學(xué) 遼寧沈陽)
摘要：在我國風(fēng)電機(jī)組一般安裝在高山、荒原、海島等風(fēng)口處，容易受到沙塵、低溫、臺風(fēng)、冰雪、鹽分等惡劣氣候環(huán)境的影
響。由于風(fēng)電機(jī)組經(jīng)常受無規(guī)律的、變向的、變負(fù)荷的風(fēng)力作用，會導(dǎo)致葉片表面損傷乃至脆斷。齒輪箱密封潤滑系統(tǒng)功能退化、
低溫停機(jī)較長時間后變速箱內(nèi)油溫低、黏稠度大等都會降低液壓系統(tǒng)壽命。傳動鏈特別是齒輪箱系統(tǒng)中由關(guān)鍵零部件失效引發(fā)故
障而導(dǎo)致停機(jī)的時間占機(jī)組總停機(jī)時間的比例居高不下是影響系統(tǒng)性能和可靠性服役的關(guān)鍵性問題。
1．風(fēng)電齒輪箱主要失效形式
根據(jù)失效部位進(jìn)行分類，風(fēng)電齒輪
箱的故障主要有箱體故障、行星架故障、
軸故障、齒輪故障、軸承故障及潤滑冷
卻系統(tǒng)故障等。
突發(fā)性的陣風(fēng)或者電網(wǎng)故障導(dǎo)致的
突發(fā)載荷、發(fā)生故障時的緊急制動等，
都會產(chǎn)生較大載荷，有時甚至超過額定
載荷數(shù)倍， 弓l起齒輪的過載折斷。齒輪
損傷主要包括輪齒折斷(斷齒)、齒面
疲勞(點(diǎn)蝕)、齒面膠合、齒面磨損等。
從應(yīng)用初期的微點(diǎn)蝕，到逐步擴(kuò)展的大
面積點(diǎn)蝕、剝落或磨損。斷齒常由細(xì)微
裂紋逐步擴(kuò)展而成。由于齒面在交變載
荷下承受過大的接觸剪應(yīng)力、過多的應(yīng)
力循環(huán)次數(shù)，因此齒面容易發(fā)生膠合、
點(diǎn)蝕、齒面剝落、表面壓碎等損傷。另
外軸承損壞、軸彎曲或較大硬物擠入嚙
合區(qū)等也會引起輪齒的沖擊折斷。比較
典型的是行星輪系，行星輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程
中總是雙向受力，受齒輪精度、強(qiáng)度的
影響，容易出現(xiàn)疲勞斷齒現(xiàn)象。行星架
損壞部位容易出現(xiàn)在行星孔等強(qiáng)度較弱
的部位以及與行星輪或行星架軸承相近
的部位。
1．1軸承
軸承是齒輪箱中另一個重要故障源。
由于安裝、潤滑、污染和工作環(huán)境等因
素，軸承出現(xiàn)了磨損超負(fù)載、過熱、腐蝕、
導(dǎo)電、疲勞等現(xiàn)象，使軸承產(chǎn)生點(diǎn)蝕、
裂紋、表面剝落等問題而失效，從而使
齒輪箱發(fā)生損壞在低速輸入端，低速重
載情況比較典型， 良好的潤滑條件難以
形成，這是造成主軸軸承損壞的重要原
因。高速端的軸承，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)軸和齒
輪箱高速軸連接中通常存在角度偏差和
徑向偏移，它們隨輸出功率的變化而變
化；這會產(chǎn)生一定頻率的軸向和徑向的
擾動力，從而引起軸承溫升而使軸承損
壞。當(dāng)軸出現(xiàn)故障時應(yīng)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)齒
輪箱，并對損壞的軸和其他損壞件進(jìn)行
維修或更換。
1．2箱體故障
箱體主要有箱體斷裂，止口變形或
斷裂，軸承座磨損等故障形式。箱體損
壞部位大多出現(xiàn)在箱體。與齒圈連接處，
損壞嚴(yán)重時伴隨著連接箱體與齒圈的螺
栓發(fā)生剪斷。箱體損壞也容易出現(xiàn)在箱
體上軸承座處，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸的軸向定位失
效時，旋轉(zhuǎn)軸可能對軸承座造成磨損。
箱體出現(xiàn)損壞時，應(yīng)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)齒輪
箱，并對箱體和其他損壞件進(jìn)行更換或
維修。當(dāng)箱體損壞面積較小或損壞程度
較輕時，可以對箱體進(jìn)行適當(dāng)?shù)男迯?fù)，
如修磨、校正或鑲件等。當(dāng)箱體損壞較
嚴(yán)重時，可以更換新箱體。
1．3潤滑冷卻系統(tǒng)故障
潤滑系統(tǒng)主要有油泵故障、加熱器
故障、冷卻器故障、濾芯堵塞、管路堵
塞或滲漏等故障形式齒輪箱的滲漏油情
況主要發(fā)生在箱體與齒圈結(jié)合面、端蓋
與箱體結(jié)合面、低速軸和高速軸軸頸處、
潤滑冷卻系統(tǒng)管接頭處等。漏油問題大
多可歸結(jié)為原有結(jié)構(gòu)缺陷在惡劣工作環(huán)
境影響下的結(jié)果。齒輪箱的接口端和管
接頭處由于存在密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不合理
或者密封質(zhì)量問題(包括低溫和振動載
荷情況下的油封老化等)，均有可能發(fā)生
漏油，同時漏油處也容易造成外部灰塵進(jìn)
入箱體而污染潤滑油。傳動鏈及齒輪箱中
各類由潤滑不充分導(dǎo)致的問題出現(xiàn)得也較
多。潤滑不充分非常容易導(dǎo)致傳動副的關(guān)
中國機(jī)械Machine China I85
／-kcadeta lC
學(xué)術(shù)
鍵接觸區(qū)的干磨，這是齒面、主軸、軸承
等磨損的根源之一。另外，長期運(yùn)轉(zhuǎn)之后
在接觸部位出現(xiàn)了磨損，潤滑油質(zhì)會包含
雜質(zhì)污染，引起過熱等故障。
1．4結(jié)構(gòu)與裝配問題
裝配工藝及技術(shù)質(zhì)量(盡管部分最
終體現(xiàn)為零件的加工質(zhì)量及材料技術(shù)性
能問題)是導(dǎo)致零部件失效和系統(tǒng)故障
的直接技術(shù)根源。主傳動鏈在結(jié)構(gòu)性能
上具有明顯的剛?cè)狁詈咸攸c(diǎn)，在惡劣載
荷條件下，裝配誤差(及結(jié)構(gòu)變形)與
長期服役過程中零件的磨損等具有雙向
加劇的作用，最終會導(dǎo)致關(guān)鍵傳動零部
件發(fā)生疲勞失效。大型風(fēng)電傳動齒輪箱
區(qū)別于普通齒輪箱的最大特點(diǎn)就在于所
承受載荷的無規(guī)律性風(fēng)速多為3～ 25m／
S當(dāng)前主流的1．5～ 3．0MW齒輪箱的最大
功率幅值可能達(dá)到名義功率值的3～ 4
倍(反轉(zhuǎn)可以達(dá)到2倍左右)。這對風(fēng)
電傳動系統(tǒng)中剛度較低的空心低速中間
軸、行星輪系等零部件的影響相當(dāng)顯著，
因?yàn)橹髁? M W齒輪箱的長和寬通常在3
m以上，總質(zhì)量在20t以上，輸入力矩
在2MN·m左右，在這個尺度上，材料加
工問題、輸送和組裝過程中的損壞、轉(zhuǎn)
子的不對稱導(dǎo)致產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象，而接部
件的軸偏心、軸承和支撐部件的組裝有
誤等各類技術(shù)原因?qū)е碌牧悴考圃臁?
裝配誤差的絕對值相對較大。風(fēng)電齒輪
箱中傳動系的裝配偏心誤差、齒距誤差
及平行度誤差等，在復(fù)雜載荷(特別是
在超過設(shè)計(jì)負(fù)荷下工作時導(dǎo)致扭矩過大)
下會進(jìn)一步惡化傳動件的配合接觸狀態(tài)，
擴(kuò)大輪系結(jié)構(gòu)的偏心誤差等，從而誘發(fā)
振動問題，進(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)力集中加劇及結(jié)
構(gòu)失效等現(xiàn)象的出現(xiàn)。主傳動鏈在結(jié)構(gòu)
性能上具有明顯的剛?cè)狁詈咸攸c(diǎn)，在惡
劣載荷條件下，裝配誤差(及結(jié)構(gòu)變形)
與長期服役過程中零件的磨損等具有雙
向加劇的作用，最終會導(dǎo)致關(guān)鍵傳動零
部件發(fā)生疲勞失效。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊軍，秦大同，陳會濤，周志
剛．風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動系統(tǒng)隨機(jī)風(fēng)速下
的載荷特性研究[J]．中國機(jī)械工程，
2011(15)．
[2]李國云，秦大同．風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒
輪箱加速疲勞試驗(yàn)技術(shù)分析[J]．重慶大
學(xué)學(xué)報，2009(11)．
作者簡介：
徐莘博(1g94一)，男，江西豐城人，
工作單位：大連理工大學(xué)，職務(wù)：本科
學(xué)生，研究方向：微機(jī)電系統(tǒng)。
擺動燃燒器火焰檢測探頭
葉琳 嚴(yán)建明
(221008 徐州能達(dá)燃燒控制工程有限公司 江蘇徐州)
摘要：為保障電廠鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行、防止燃料浪費(fèi)及爆炸事故的發(fā)生，火焰檢測系統(tǒng)必不可少。傳統(tǒng)的火焰檢測探頭因燃
燒器的改造升級(燃燒器可進(jìn)行一定幅度的擺動，保證燃燒穩(wěn)定充分)逐步出現(xiàn)了種種安全隱患。為防止安全事故的發(fā)生，擺動
燃燒器火焰檢測探頭在原有火焰檢測探頭設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，融合了金屬波紋管以及滑動法蘭裝置的性能特點(diǎn)，保證火焰檢測探頭及
其組件的正常運(yùn)作，從而可以更加全面實(shí)時的檢澳UN火焰的燃燒狀況，增強(qiáng)對鍋爐運(yùn)行安全性的掌控，節(jié)約資源。
關(guān)鍵詞
概述
目前全世界火力發(fā)電量約占總發(fā)電
量的7O％。因此， 電站鍋爐無論從它的
作用還是從能源消耗來看，對社會經(jīng)濟(jì)
的發(fā)展都有重大的影響。鍋爐安全穩(wěn)定
運(yùn)行和資源節(jié)約也顯得極為重要?；鹧?
檢測探頭作為檢測鍋爐是否安全穩(wěn)定運(yùn)
行的第一道防線，它能實(shí)時的反映出鍋
爐內(nèi)部的火焰燃燒狀況，防止鍋爐滅火
引發(fā)的資源浪費(fèi)及爆炸事故的發(fā)生。經(jīng)
過鍋爐的不斷改造升級，傳統(tǒng)的固定式
燃燒器漸漸被可擺動式燃燒器所取代。
擺動燃燒器火焰檢測探頭，就是可以隨
著燃燒器噴口進(jìn)行上下幅度擺動的火焰
檢測探頭。它隨著燃燒器噴口擺動，實(shí)
時準(zhǔn)確地監(jiān)測相應(yīng)燃燒器的火焰燃燒狀
況，以此增強(qiáng)對鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定性的監(jiān)控
能力。
1．系統(tǒng)構(gòu)成
擺動燃燒器火焰檢測探頭由火檢探
頭管、光纖鏡頭組件、火焰檢測器和滑
動法蘭裝置等構(gòu)成。各組件之間相互協(xié)
調(diào)運(yùn)作，共同實(shí)現(xiàn)火檢探頭隨燃燒器擺
動，實(shí)時監(jiān)控的目的。
1．1火檢探頭管
火檢探頭管分為內(nèi)外兩種。內(nèi)探頭
184 中國機(jī)械MachIne China
l—～——————～．rJ ＼ 一 廠—]一二二吝廠— 一廠——一目
＼ 火焰植測器L— ＼ 爐璧
擺動燃燒器火焰檢測探頭
管用于連接保護(hù)光纖鏡頭組件及后端處
理器。外探頭管用于定位探頭位置、連
接火檢冷卻風(fēng)及保護(hù)內(nèi)探頭管組件等。
因此內(nèi)探頭管置于外探頭管中，內(nèi)外探
頭管之間的空隙供通火檢冷卻風(fēng)用。原
有的鍋爐燃燒器一般都是不可以擺動的，
內(nèi)外火檢探頭管也均為普通硬直管。為
了使燃料燃燒充分，節(jié)約資源，傳統(tǒng)的
固定式燃燒器漸漸改造升級為可擺動式
燃燒器。因此， 為了滿足火檢探頭隨燃
燒器擺動的目的， 內(nèi)外探頭管在原來的
基礎(chǔ)上都各自加有一段金屬波紋管(彎
曲韌性較強(qiáng))，其作用是在探頭隨燃燒
器噴口擺動時，可進(jìn)行一定程度的運(yùn)動
補(bǔ)償，防止剛性拉扯?；饳z探頭管的長
度需要根據(jù)鍋爐燃燒器的尺寸來定制。
1．2光纖鏡頭組件
光纖鏡頭組件的作用是將爐膛內(nèi)火
焰的光信號傳輸至處理器的探頭板上。
光纖是采用高折射率的芯體與低折射率
的包覆材料拉制而成。芯體具有良好的
透光性能，它以極低的衰減將目標(biāo)火焰
的信號從鏡頭組前端傳至后端。光學(xué)鏡
頭組位于探頭的最前端，作用是將火焰
發(fā)出的光聚焦后傳至光纖的端面上。
1．3火焰檢測器
常見的火焰檢測器一般分為：紫外
光火焰檢測器、紅外光火焰檢測器、可
見光火焰檢測器三種。火焰檢測器的原
理是通過發(fā)光二極管將火焰光信號轉(zhuǎn)換
為電信號，通過處理器放大變換以數(shù)顯
型式輸出。
1．4滑動法蘭裝置
滑動法蘭裝置， 由管、填料函、密
封件、螺母、外擋圈、內(nèi)擋圈等組成。
具體操作方法為：首先將滑動法蘭后端

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