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汽轮机主油泵联轴器膜片可靠性技术探讨

发布者:鑫程机械  发布日期:2017-05-24

    

    结合NK系列汽轮机用联轴器膜片故障多发的实际情况,对膜片失效原因进行分析,运用Ansys系统对联轴器膜片在各种载荷下的受力情况进行静力分析,对综合性系统改进进行了,对膜片联轴器性和选型改造具有指导和参考意义。

1背景 

   膜片式联轴器是一种通过薄的一组或几组不锈钢片作为挠性元件来传递扭矩的挠性联轴器。由于它使用方便、、传递载荷能力大、补偿性能好、使用寿命长、不需要润滑,在汽轮机主油泵上了广泛的应用。但由于联轴器的关键部件金属膜片承担着传递扭矩和吸收不对中的重任,实际生产过程中经常损坏。莱钢能源动力厂3台NK63180/32汽轮机组,是整个莱钢型钢冶炼生产的动力命脉,在实际生产中,3台汽轮机组先后出现了主油泵振动过大且伴有异音等情况,经过主油泵解体检查发现联轴器轴头垫片和联轴器膜片损坏,对联轴器轴头垫片和膜片进行换,试运多次出现振动增大和伴有异音的情况。本文针对NK63/80/32汽轮机主油泵膜片联轴器为对像,对汽轮机联轴器膜片失效原因及运行性进行技术分析。

2.1故障树分析   

   联轴器膜片的失效主要表现在螺栓和膜片的断裂,这与联轴器在高速运转时的振动是分不开的。   

   采用Semanderes算法,膜片联轴器失效故障树有9个小割集,小割集直接影响系统的性,为系统的薄弱环节,要想提高联轴器膜片的性与使用寿命,应先从该9个小割集着手。参考理论和发生失效概率可确定,膜片联轴器的振动主要是由于装配不对中及联轴器或机组转子本身的质量偏心引起的。联轴器失效故障树。    

在取出的1/3膜片边缘截面上采用固定约束处理;中间螺栓孔处根据不同工况分别固定径向位移和根据工作参数给定轴向位移;小孔边缘采用刚性域(加固)处理。膜片内外环边自由。根据6螺栓孔金属束腰型膜片联轴器的实际工况条件,其计算模型载荷可分为以一下几种情况:扭矩产生的膜片应力、离心惯性力产生的离心应力、轴向安装误差引起的弯曲应力、角向安装误差引起的弯曲应力。    

膜片的有限元网格划分模型。在Ansys中采用壳单元SHELL63按自由网格划分方式进行有限元网格划分,生成的网格划分视图如图3所示。其中,模型产生的单元数为2200,节点数为1271。由于螺栓孔附近的应力梯度较大,故网格划分得较密,而远离螺栓孔的地方其应力变化较缓,网格单元也相应的较大,节点也较疏,具体单元和节点分布情况。分析可得,各种工况条件下产生的大应力应变都集中在螺栓孔内侧圆周上,并且大多数发生在螺栓孔内侧圆周中部左右两侧,说明该处亦是膜片联轴器疲劳破坏危险点之一,这与实际应用中金属膜片联轴器断裂失效情况相一致。    

从应力应变数值来看,由工作载荷产生的扭矩应力和离心应力对膜片联轴器寿命的影响大于轴向和角向安装偏差所造成的影响。因而,工作中转速和转矩引起的应力效应对膜片联轴器疲劳寿命的影响有着至关重要的作用。在实际应用中,过大的转矩和过高的转速都会破坏、缩短膜片联轴器的使用寿命;当然轴向和角向安装偏差所产生的附加应力也不容忽视,要尽量提高膜片联轴器的安装精度,减少偏差,从而减小附加应力。


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