ZGM123G型磨煤机拉杆断裂技术分析

(淮南电力检修有限责任公司，淮南 232001)

0 引 言

平圩发电三期2X1000 MW超超临界燃煤发电机组，于2014年底正式投入商业运营，每台机组采用5台磨运行，1台磨备用。配套北京电力设备总厂生产的的ZGM123G型中速辊式磨煤机，燃用设计煤种淮南煤(原煤粒度<30 mm)。液压变加载系统作为ZGM123G型中速磨煤机的重要组成部分，由高压油泵站、油管路、蓄能器、加载油缸、拉杆等部件组成。拉杆作为传力连接部件，为磨辊提供碾磨压力。自商业运营以来累计断裂19根拉杆，2018年和2019年加载拉杆断裂最为频烦，直接影响机组负荷，经济效益受损，抢修工作量增加。因此，在日常维护过程中拉杆巡视作为重要定点检查部件。希望通过对磨煤机加载拉杆断裂进行技术原因分析，掌握其疲劳裂纹有效预防的措施，技术上创新改进，降低应力集中区，缓解裂纹形成，减少疲劳断裂，延长拉杆使用周期。

1 设备简介

1.1 拉杆结构和布局

加载拉杆由液压缸下拉杆、中间连接杆、上拉杆、球面调心轴套、测量标尺、行程开关装置、密封组件并通过两套连接卡套将其组装并围绕磨煤机做圆形120度三角等分，且每个液压缸都独立连接拉杆平行地工作，拉杆另一端拉动三角刚性加载架。

1.2 加载拉杆工作原理

变加载系统运行时，碾磨力是可调的，可在不同工况条件下通过液压缸带动拉杆对三角刚性加载架进行向下施压，可快速实现调节到相应的最佳碾磨力。当煤质发生变化或者负荷快速变化是，碾磨力可通过拉杆快速调节，这样加载磨煤机有更好的运行条件，并且随着煤质的改变，能够进行快速的调整。在磨煤机运行过程中，由于煤中含有的三块或者大铁件导致系统超压，可快速通过拉杆传递多余压力储存在蓄能器中，系统压力低时在通过拉杆进行压力释放返回系统中，蓄能器起到吸收由意外负荷造成的压力冲击。

1.3 运行状况

平圩发电三期机组自商业运营至今，累计发生19次磨煤机加载拉杆变径出断裂(如图2所示)，直接影响磨煤机的稳定运行，导致锅炉的燃烧工况发生变化易造成燃烧不稳定，甚至机组降负荷，也给我们检修人员的安全和健康产生极大威胁，需要消耗大量的时间和人力进入在50度左右的磨煤机内部和顶部壳体进行抢修断裂的拉杆组件。

2 加载拉杆断裂原因分析

2.1 材质进行静应力试验分析

根据拉杆断裂断口分析，断裂处均是连接卡套的变径退刀处。首先考虑拉杆设计强度是否满足实际需要。拉杆经静应力结构分析：

拉杆材料为42CrMo,杆端直径200 mm，抗拉强度极限σb≥685 MPa。假设拉杆只受静载拉力作用，约10%的发生断裂的拉杆断裂在固定细颈处，断裂性质有疲劳断裂及材质缺陷断裂。

拉杆材料：42CrMo经调质处理，材料力学性能σb=1 080 MPa，σS=930 MPa

拉杆校核计算:

单根拉杆拉力F=250×1 000×9.8/4=612 500 N

h=0.866×8=6.93，d1=d-2×5 h/8=0.089 7-0.069 3/8=0.081 0

(1)螺纹挤压强度

σc=4(F/8)/(π(d2-d12))=4(612 500/8)/(3.141 5(0.089 72-0.081 0))

=65.6 MPa<σS=930 MPa

(2)螺纹剪切强度

τ=(F/8)/π/d1sβ=(612 500/8)/(3.141 5×0.08 10×0.008×0.81)

=46.4 MPa<σS=930 MPa

(3)螺纹弯曲强度

σb=Mb/Wb=3((F/8)(d-d1))/(2πd1(βs)2)

=3((612 500/8)(0.089 7-0.081 0))/(2*3.141 5*0.081 0(0.81×0.00 8)*)

=93.5 MPa<σS=930 MPa

(4)细颈抗拉强度

σt=4F/(πd2)=4×612 500/(3.141 5*0.057 3=240 MPa<σS=930 MPa

由以上分析及计算校核可知：拉杆所受静应力包括挤压、剪切、弯曲、拉伸等项，均远小于拉杆材料的屈服极限σb，因此可以认定，拉杆断裂基本不属于静载断裂。

2.2 金属光谱检测分析

金属科人员对拉杆光滑断面的分析检测并出示检测报告说明拉杆符合疲劳断裂，因为断口符合疲劳特征:

(1)拉杆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；

(2)引起疲劳破坏断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点；

(3)疲劳破坏的宏观断口有两部分组成，即疲劳裂纹显现区机扩展区(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。

(4)分析拉杆当出现裂纹后，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，稍有振动冲击即发生断裂现象。

(5)结论认定绝大多数我厂所发生的拉杆断裂都属于疲劳断裂。

2.3 磨辊压中心架偏移造成拉杆断裂分析

在实际磨煤机周期性解体大修中，存在磨辊找正后不能够真正使磨辊中心对中。分析原因：三角架回装后的理想位置，此时a=b，但由于回装时的误差使得三脚架的实际位置偏移理想位置Δα角度，可以看出，三角架时一个等边三角形，因此3个磨辊的对中情况不会发生改变。当磨辊找正偏差在标准范围内，且工作面积非工作面间隙均符合技术要求时，任然会出现三角架偏斜情况，但是按照技术要求时，拉杆同样存在偏斜情况，但运行中偏磨比较严重。

2.4 运行中振动幅度大造成蓄能器缓冲偏弱分析

由于蓄能器设置及运行的局限性，蓄能器的刚度:一是随工作压力的变化而变化;二是储存压力受磨煤机低负荷时最低压力的限制不能太高。因此吸收研磨区振动的能力和弹簧液压变加载方式相差甚远，表现在:磨制烟煤及杂质多的煤质，运行稳定性较差，表现出来的是拉杆上下窜动量较大，同时拉杆径向移动明显。长期运行拉杆易疲劳断裂。

2.5 导向板推力面间隙过大分析

当导向板推力面由最初始0 mm～6 mm间隙正常运行。经长期运行推力上下摩擦，间隙超过6 mm拉杆偏移大且检修不及时调整增加垫片消除。拉杆在运行过程中大幅度晃动，破坏关节轴套使其受力不均，造成拉杆变径处疲劳损伤。同时也对密封系统损坏严重，由于大量石子煤及铁块的堆积容易使关节轴套承严重磨损从而让煤渣更轻易地进入到拉杆密封风室内;密封风管内存有的煤渣一定要用密封风吹一遍，否则拉杆密封也会很快损坏。造成拉杆漏煤颗粒。

3 加载拉杆断裂采取的方法

3.1 改进拉杆变径尺寸

对拉杆变径处进行改型由原来的直接改成60度斜坡倒角增加粗度。减小应力集中。经过对拉杆构件分析外形的影响例如:构件上有槽、孔、缺口、轴肩等，将引起应力集中明显。容易把应力集中的局部区域形成疲劳裂纹，使构件的持久极限显著降低。构件尺寸的影响也至关重要，提高变径尺寸，减少疲劳裂纹的机会。一般情况下，构件的最大应力发生在表层，因此疲劳裂纹也在多余表层生成。表面加工的刀痕、擦伤等将引起应力集中，降低持久极限。因此可以对拉杆加工面进行精加工，使其消除刀痕、擦伤造成的裂纹。

3.2 改进拉杆密封，减少杂物磨损拉杆面

拆除密封风管下部的密封装置，安装新设计加工的密封装置，即通过在原拉杆密封上部加装一套密封，此密封由下密封和上密封组成，上密封固定在拉杆上，下 密封处在自由状态下。由于下密封依靠弹力紧贴在密封腔壳体.上。此套密封组可以确保大块杂质无法进入密封块与拉杆之间，而密封空气又可以将细小粉煤吹除，从而阻止杂物进入密封块与拉杆之间，确保拉杆安全运行。检修工艺力求精益求精在拉杆密封的检修上，换拉杆密封只是暂时的处理办法，要想彻底解决漏煤渣问题，一定要全面检查。

3.3 对三角压架进行找中心定位，降低偏移量

压架为等边三角形结构，其上装有导向块。液压加载系压架上设有导向定位结构，以便于工作时定位和传递切向力。中心的确定可以更好的消除运行中偏移值。导向块处间隙的调整应以三根拉杆轴线对正基础上拉杆台板中心为准。方可进行垫片调整。

3.4 增强密封风的入口风压

密封风压不足也是造成拉杆磨损断裂的的原因之一：由于制粉系统为正压直吹式，磨煤机设备的密闭性就显得尤为重要，尤其在转动部位,这就必须在检修过程中精益求精对一些影响设备密闭性的数据严格测量，不可粗心大意。比如压架的导向板间隙，底座密封的密封风间隙等等。

3.5 导向板间隙调整

导向板间隙调整，技术文件规定推力侧理论值是0 mm，非推力侧3～5 mm。但实际运行工作中并无法调整理想。三角压架偏差值持续存在，消除不掉。推力侧不能保证3面为0 mm。因为压架和磨辊找正的技术要求约束导向板的调整。每次调整导向板推力面间隙都会考虑到磨辊中心位置的改变，实际中会根据磨辊磨损程度来调整压架。通过压架中心位置调整非推力增加垫片补偿运行中压架偏移情况。推力面的磨损可通过测量值来判断是否调整垫片还是换新。

3.6 改善原煤煤质，减少不必要的高频率振动

在保证原煤发热量的条件下煤种的配比一定要准确，石子煤和铁块不可太多，否则造成磨煤机剧烈振动且对磨煤机各部件的寿命影响也非常大。原煤中的铁块是通过输煤皮带上的除铁器筛选的，这种运行方式导致给锅炉制粉系统上煤的过程中除铁效率不高，大量铁块进入磨煤机,引起拉杆密封室的堵塞和磨辊卡住等一系列现象。建议燃运部应采用两台高磁性除铁器串联，同时运行的方式，才能有效降低进入磨煤机的铁块数量。避免高频率的振动产生，有利于拉杆的使用寿命延长。

3.7 制作定检项目

把加载拉杆的检测及导向板间隙调整作为项目关键点，可设定间隙调整周期为3个月。在设备定期预防性检查工作中体现出周期性间隙调整记录。把原始间隙、调整后的间隙详细记载，方便日常数据查看，有利于对拉杆的定向观察，预防疲劳断裂风险发生。

4 结束语

分析了解ZGM123G型磨煤机加载拉杆在正常运行过程中导向装置的磨损间隙超出规定值时，导向板间隙行程过大，拉杆上下运行就容易产生较大的晃动、跳动现象。加载拉杆长期在剪切力，弯矩力及拉伸力的联合作用下疲劳工作，形成裂纹造成拉杆频繁断裂。通过对拉杆的结构介绍、维护导向板间隙调整、改进拉杆变径过渡，减小应力集中区域。最终确保磨煤机加载拉杆能够稳定长周期运行，提高拉杆使用期限。