自升式平台升降装置爬升齿轮开裂分析_申杰.pdf

设备管理与维修2023 5（下）测。如果检测不合格，还应告知医学工程科中的相关工程师，及时更换不合格的灯管。4.3动态空气消毒机动态空气消毒机在安装阶段应确保在进风口与出风口处，不能有障碍物阻挡。另外，在机器背面应预留出足够的空间，保障机器后部的空气流通。进风口处的过滤器应每 6 个月清洗一次，污染较为严重时可 3 个月清洗一次。一般情况下，要求过滤网最多清洗次数不能超过 3 次。在清洗过滤网时，需要将其放置于水池中或其他容器内，并加入适量的洗洁精浸泡 10 min 左右，再用清水进行反复冲洗，切忌用刷子刷，否则容易破坏过滤网。待冲洗干净后，应将其放置在通风处晾干，严禁阳光曝晒。紫外线空气动态消毒机中的灯管使用寿命通常为 5000 h左右，如果紫外线辐射强度小于 8000 W/cm2或累计使用时间超过 5000 h，应及时更换紫外线灯管。此外，在日常维护保养过程中，应注意清除灯管表面与反光板上的灰尘，以免对紫外线的辐射强度造成干扰。复合活性炭过滤器，通常情况下需要每年更换一次，在污染严重或室内长时间处于湿度状态下时应 36 个月左右更换一次。设备内部线电场组件应每 2 年进行一次保养，污染严重时需每年保养一次。对于 II 类环境下的动态空气消毒设备，医院需要进行严格管控，以此避免医院感染问题的发生。5结束语医院是一个相对完整的医学服务系统，医院内部的消毒灭菌效果直接影响到医院的工作质量。因此，为进一步提高广大群众的医疗诊治水平，有效提升医疗服务质量，就需要加强对消毒灭菌设备的管控，并对其进行系统化、标准化的管理。同时也要针对当前存在的问题，找到针对性解决方法，有效避免这些问题的再次发生，进而保障医院空气消毒设备的正常运行，并为促进医疗事业的持续健康发展奠定坚实基础。参考文献1王光锋，齐艳君，朱俊平，等.等离子空气消毒法对禽舍有害气体和微生物消除作用的研究 J.中国家禽，2022，44（10）：77-82.2黄耀.20182020 年徐州市铜山区医疗机构空气消毒监测分析 J.中国校医，2022，36（2）：97-99.3冯敏，卓亚娟.基于 LoRa 物联网技术设计的医用空气消毒设备监测装置 J.中国医院建筑与装备，2021，22（10）：100-103.4黄华，许勇，刘宏，等.紫外线照射与空气机消毒用于疾病预防控制中心消毒的效果比较 J.中国社区医师，2021，37（28）：165-166.5周嫱，樊照鑫，郑大海，等.新冠疫情防控中血透室空气消毒机的应用效果检测 J.中国医学装备，2021，18（5）：179-182.6胡永刚.全新一代消毒净化设备的研究与设计探析 J.中国设备工程，2021（9）：146-147.编辑张韵0引言自升式平台是重要的钻井、大修等油田开发工程装备，既可作为钻井平台、修井平台，又可作为生活支持平台、风电安装平台及浅海作业平台等。近年来，国内在自升式平台自主设计和建造方面都取得长足的进步，平台的核心部件也开展相关的国产化应用研究1-4。齿轮齿条升降装置作为自升式钻井平台的重要承载机构，在各种工作状态下起到支撑船体及相关设备的作用，并长时间承受重外载荷作用，其强度和质量关系到整个平台的现场作业安全。许多学者在设计、监测方面进行了相关的研究，取得一定的成果5-12。结合一次升降装置在试验时发生爬升齿轮断裂事件，从原材料、力学性能、热处理工艺以及齿轮的结构型式等方面进行原因分析，提出相关的建议和解决办法。1问题概述某自升式钻井平台的升降装置在进行台架试验时，发生爬升齿轮断裂。升降装置爬升齿轮如图 1 所示，该爬升齿轮为模数80 mm 的 7 齿齿轮，齿条模数也为 80 mm，爬升齿轮在试验机上与齿条啮合，通过在齿条端施加液压载荷，模拟齿条在桩腿上承受的垂向力。对爬升齿轮的 7 个齿逐齿正反向双向施加载荷。升降装置试验台架如图 2 所示。当按照试验大纲的要求，载荷施加到 4900 kN 时爬升齿发生断裂（图 3）。从现场断裂的情况看，断口均非常光滑，呈现光滑的金属晶粒，无疲劳纹理，表现形式为瞬时过载折断。为保证装置使用安全，有必要分析并找到断齿原因。摘要：自升式平台升降装置齿轮负载试验是保障升降装置使用安全的重要手段。针对某升降装置在进行厂内加载试验时发生的爬升齿轮开裂问题，从齿轮的原材料、材料的力学性能和热处理工艺以及齿轮的结构型式等方面进行排查分析，找到问题发生的根源，提出解决问题的办法与建议，供工程设计人员参考。关键词：自升式平台；升降装置；齿轮开裂；原因分析中图分类号：TE952文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.34自升式平台升降装置爬升齿轮开裂分析申杰（江苏油田矿业开发有限公司，江苏扬州225012）74设备管理与维修2023 5（下）2原因分析据调查，爬升齿轮原材料在锻打和热处理过程都经过本体取样，金相试验和力学性能试验结果符合材料要求。2.1原材料冶炼及锻造缺陷如原材料带有原始缺陷，如偏析、锻造微裂纹等，缺陷点即可成为断裂起始点，引发裂纹扩展最终造成断裂13。2.1.1断口观察已发生断裂的齿轮断口，经过清洗，进行断口分析，未发现有明显的裂纹起始点，所有断口的延展方向符合早期设计进行有限元分析的内外两个高应力点之间的连线，而不是缺陷断裂常有的断口随机分布。另外，经过确认齿轮锻造用的钢锭是经过电渣重熔的精炼锭，这虽不能完全排除内部存在偏析现象，但远比一般铸造钢锭或连铸锭轻微。2.1.2金相检查通过检查金相组织，发现金属内部虽然存在一些偏析残迹但并不严重，晶粒度为 56 级（图 4）。2.2材料力学性能2.2.1有限元分析根据发生 4900 kN 载荷作用下的有限元计算14，齿轮在承载时有不同程度的高应力区域（图 5、图 6）。可以看出，齿轮轮毂部分应力局部最高达到 1071 MPa，但面积很小且集中在内孔浅层 2 mm 左右区域；齿面存在局部最高 1303 MPa 的压应力。2.2.2性能测试由于爬升齿轮在承载时各部分应力差异很大，要求齿轮基体材料必须具备良好的韧性，以适应承载时高应力和高应变点始终在材料的弹性应变范围内。对断裂的齿轮取样，进行力学性图 4金相组织图 5升降齿轮应力整体云图（4900 kN 载荷）图 6升降齿轮应力细化云图（4900 kN 载荷）图 1升降装置爬升齿轮图 2升降装置齿轮单元试验台架模型图 3爬升齿轮裂口断面75设备管理与维修2023 5（下）能测试，测试结果见表 1。可以看出，发生断裂齿轮的材料强度未完全达到有限元分析的强度结果，齿轮可能发生局部塑性变形；材料韧性指标不合格。2.2.3强度和韧性指标影响因素齿轮最终的强度和韧性指标，取决于下面两个环节。（1）原材料锻造后机加工前的早期热处理。经调查，原材料的锻造工艺和锻后热处理工艺都是按照预设工艺要求进行的，参照材料取样试验结果，可排除这个过程出现问题的可能性。但从金相检验结果看，该锻造和锻后热处理工艺仍有进一步优化的空间。（2）为达到性能指标的后期热处理。爬升齿轮的后期热处理包括调质和渗碳、淬火 2 个部分。通常，导致力学性能差异的最主要原因是调质和淬火时的工艺效果。究其原理，材料是通过多次的淬火过程中的由奥氏体到马氏体的相变、以及渗碳体的析出过程，逐步消除原有晶界，细化晶粒，得到强度和韧性都满足需要的回火索氏体组织，其过程的关键是淬火的质量。如果淬火效果不好、相变不彻底，整个工艺的效果都会受到影响。经了解，整个热处理过程都是按照预设工艺要求进行的，而且按照检验规范，在要求位置进行取样，并加工成标准试棒进行同炉热处理，经力学性能测试，试棒检验结果满足要求。因此，问题可能出现在齿轮热处理工艺过程中未涉及的控制点。通过详细了解淬火介质、介质温度和终淬温度等参数，发现问题可能出在齿轮批量淬火时：由于未开启循环油槽，在齿轮批量淬火时会发生介质后期温度升高的现象。而对于试棒，截面尺寸小、热容量低，淬透效果好，很容易在调质淬火过程中得到很好的组织。2.3齿轮的形状经调查，同样形状的齿轮已经做过型式试验，在试验中最大脉动载荷达到 5880 kN，未出现任何问题，因此，爬升齿轮的形状是可以满足要求的。2.4结果分析（1）因原材料原始缺陷引发因素基本可以排除。（2）齿轮的结构设计，形式上虽然可以满足需要，但在结构细节上还存在着不足，齿轮局部应力过高、应力分布的均匀性不足。（3）齿轮断裂最可能的原因应是其力学性能指标不符合要求。当齿轮受载时，部分区域应力可能超过屈服极限，会产生塑性变形，若此时材料的塑性低，就容易导致齿轮断裂。而造成齿轮力学性能指标不合格的重要因素就是齿轮的后期调质和渗碳淬火。经调查分析，在齿轮批量淬火时存在介质后期温度升高的情形，从而导致淬火效果无法达到预期要求。3处理与建议通过对开裂齿轮从原材料到齿轮加工后的热处理进行分析，找到问题发生的直接原因，指出加工过程中存在的一些不足。为保证后续产品的质量和安全，提出如下 4 个处理思路和建议：（1）优化设计爬升齿轮型式。结合有限元分析，对爬升齿轮的细部进行优化设计，减少齿轮的最高应力值，提高应力分布的均匀性，使得齿轮最高应力值降低至材料屈服强度之下，并有一定安全裕度。（2）优化齿轮后期热处理工艺。通过循环或者冷冻降温，保证淬火介质始终处于一个稳定的温度；在保证渗碳层安全和晶粒不发生长大的前提下，提高淬火温差；改变淬火介质，如使用水基/油基淬火液，通过淬透性能试验优选介质最佳浓度。（3）调整后期热处理取样流程。考虑到试棒与齿轮大小的差异型，建议使用大断面样块同炉热处理，在热处理后再从规定位置取样检测。（4）严格进行逐齿正、反加载负荷试验。通过逐齿正、反加载并保持载荷一定时间，可以排除产品存在的探伤无法发现的的内部缺陷和质量问题，保证产品的质量。4结束语自升式平台升降装置是关乎平台升降安全的核心部件，而爬升齿轮的质量直接影响着升降装置的质量。国外有的检验机构认为零件的力学性能达标就可以不做出厂前的重载试验而采用空载运作试验进行替代。本次齿轮开裂事件证明，即使经过力学性能测试和探伤结果均达标的零件不一定没有缺陷，因为代表性的试样并不能完全代表产品本身的性能。为保证产品的质量和平台的安全，核心部件出厂前的重载试验十分必要。参考文献1朱亚洲，孙承猛，张晓宇，等.自升式平台桩腿强度对弦杆间距敏感性分析 J.石油勘探与开发，2015，42（5）：656-661.2张伟，曾骥，杨勇，等.自升式平台悬臂梁强度分析与负荷试验研究 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