SZ1000／2推料式离心机的故障分析与改进

2012-12-23孙晓光

纯碱工业 2012年2期

关键词：篮筐离心机衬底

孙晓光

（南化集团连云港碱厂，江苏连云港 222042）

SZ1000／2推料式离心机的故障分析与改进

孙晓光

（南化集团连云港碱厂，江苏连云港 222042）

针对SZ1000／2型推料式离心机一些故障进行原因分析，介绍了修理的方法，同时对其设计上的缺陷加以改进，使推料式离心机在运行中更加稳定。

推料离心机；故障分析；修理；改进

连云港碱厂于2004年引进德国Krauss－Maffei公司的SZ1000／2－12／4K10推料式活塞卸料离心机，用于对回转真空过滤机分离出来的重碱进行二次分离。其结构主要由加料系统、主驱动系统、液压推料系统、洗车装置等组成（如图1所示）。其工作原理是依靠离心力将重碱中水分从滤网中滤出，达到降低重碱水分和盐分的目的，从而有效地提高生产能力和产品质量。

图1 离心机结构示意图

其主要性能参数如下：

主驱动，kW／r／min 75／1 500

液压驱动，kW／r／min 45／1 500进料，kW／r／min 4／1 500

进料螺旋内径，mm 310

外篮筐内径，mm 1 000

内篮筐内径，mm 930

滤饼厚度，mm 30

最大物料密度，kg／m31 400

最高转速，r／min 1 140

最大承载，kg 112

容积，L 72

推送行程，mm 70

推送频率，次 60～70

推料力，kN 310

液压油最大压力，MPa 7

在几年的运行过程中，离心机先后出现了一些故障，为此我们对离心机进行了修理和部分改进。

1 进料螺旋机的故障及修复

1.1 进料螺旋机的优、缺点

我厂使用空心轴螺旋输送器进行加料，螺旋采用无中心轴的不锈钢螺旋叶组成。空心的螺旋轴的使用有以下优点：①可以保证加料的连续和均匀；②同直径螺旋壳体输送量大，且输送的物料不容易堵塞。缺点是：由于进料螺旋轴为悬臂结构，绞龙叶片与壳体衬底的摩擦大，易磨损壳体衬底，特别是无固定端；长时间磨损后，螺旋轴运行阻力大，导致电流逐渐增大。

1.2 进料螺旋壳体常见故障及修复

进料螺旋机使用过程中经常发生壳体衬底磨损损坏，螺旋轴叶片断裂。壳体内衬为超高分子聚四氟乙烯（PTFE）高频板材，是一种损耗很低的树脂，非常好的绝缘材料，俗称铁氟龙。该材料耐磨性能好，表面光滑，不易脏，不吸水，耐高低温，耐腐蚀，通常又称作特富龙。由于螺旋轴为悬臂结构，其远离固定端的螺旋叶片（材质316L）长期与超高分子聚四氟乙烯衬底摩擦，造成衬底减薄，引起进料螺旋机电流增大。当衬底局部磨坏后，重碱进入衬底与壳体之间，挤压致使衬底变形，阻碍了螺旋轴的运行，严重时会因破损衬底卷入螺旋叶，造成螺旋轴瞬时受扭力过大而断裂。通常当进料螺旋机工作电流持续上升到5～6A时要引起重视，此时应及时检查进料螺旋机衬底，发现损坏及时更换。通常进料螺旋机衬底使用寿命为一年半左右。

由于进料螺旋机壳体衬底为整体卷制而成，现场损坏无法进行局部修补，因此我们重新测绘制作了带有衬底的新壳体作为备用壳体进行轮换，并委托厂家对损坏的壳体衬底进行整板更换修复，衬底接缝处进行焊接，打磨光滑。

1.3 进料螺旋轴的断裂及修复

我厂选用的螺旋翅片材质为316L，叶片厚度18mm，高度105mm，螺距300mm，整体打磨光滑，过度均匀，在使用过程中整体较稳定。但两螺旋板对接处出现过断裂情况，断裂处并没有明显的受外力作用迹象，翅片拼装对接处焊接不彻底，强度低是其断裂的一个原因；其次，断裂处位于进料口处，由于进料口经常堵料，开启螺旋的瞬间翅片受到的冲击力较大，也易造成翅片的断裂；再者，进料螺旋机壳体衬底磨损损坏也是引起其断裂的重要原因之一。由于备件的到货周期较长，我们自行对断裂的螺旋轴进行重新焊接处理。

图2 进料螺旋焊接示意图

1.4 修复后使用效果

经对螺旋轴、壳体修复安装后，空试运转电流为0.8A，带料运行电流为1.1～1.4A，运行平稳，满足生产需求。同时，我们加强了工艺上的操作管理，保证机器的进料稳定、连续，避免大范围的波动。

2 内篮筐的改进

SZ1000／2－12／4K10推料式离心机为二级篮筐，往复推料由内篮筐（推料篮筐）完成。内篮筐的内径930mm，壁厚24～30mm，重量380kg，材料1.4404（316L）。在两级离心机中，推料的往复运动由内篮筐来执行。

2.1 内篮筐的断裂情况

使用中的推料式离心机先后出现了不同程度的篮筐断裂情况，断裂位置均在篮筐底部第一圈排水孔处（见图3），严重的整体开裂，裂口间距最大达10 mm，从而导致篮筐整体变形严重，筛网同时也受到严重的损坏，设备无法正常运行。

图3 内篮筐结构图

2.2 内篮筐的损坏原因分析

分析原因，我们认为离心机篮筐的本身结构存在缺陷。断裂处位于内篮筐过滤区靠近底部第一排环向44个φ45排水孔连接处，而此处厚度最小仅为24mm。实际工作中，此处正是受离心力作用甩出物料冲击的受力区。由于设计制造时此处篮筐壁厚由30mm减薄至24mm，厚度偏薄且过渡段短，存在制作加工缺陷，开孔（环周开孔44个）又造成该部位连接强度降低，导致内篮筐在此处长期受物料离心冲击力和环向扭力而断裂。

2.3 内篮筐的改进

内篮筐的焊接修理，一定时间上满足了生产需要，但无法保证长周期稳定运行。通过对内篮筐结构、强度及应力分析，我们联系离心机制造厂家，对篮筐受力和强度进行了重新校核，在不影响原有篮筐开孔率条件下，适当增加篮筐排水孔处厚度，并增加了均匀过渡段，消除了加工应力，增强了篮筐抗扭力和抗轴向拉伸力。经重新更换新篮筐，使用5年以来，再无内篮筐损坏故障发生，稳定了离心机运行。

3 加速分布锥常见故障分析及对策

加速分布锥是固定在推料盘上的锥形加速器，其作用是将进料螺旋送来的物料（湿重碱）进行预加速，加速至转鼓（篮筐）同样的旋转转速，使物料（湿重碱）产生离心力，离心力作用下各组分分离，从而达到固液分离的效果。通常，转鼓（篮筐）转速越高，分离效果也越好。

3.1 加速分布锥的的结构与常见故障

推料式离心机加速分布锥为一锥形盘状容器，材料316L，直径为φ768（锥形盘内径480mm，宽度170mm，厚度为6mm），重量约21.8kg。原设计通过16个M8螺栓（材料不锈钢：A4－70）与分布锥底座8个“□”形40导向柱固定，分布锥底座则通过8个M12螺栓与推料盘进行固定。其装配图如图4。

图4 分布锥装配示意图

在实际生产过程中经常发生加速分布锥锥形盘变形、锥形盘与固定法兰焊缝开裂、加速分布锥固定螺栓松动、断裂和加速分布锥底座固定螺栓松动甚至断裂、螺纹损坏等故障。

加速分布锥固定螺栓连接强度低是其频繁剪断的主要原因；其次加速分布锥与推料盘之间的间隙过小，加速分布锥底座“□”形导向柱带棱角不利于物料的分离，二者导致出料不畅，物料挤压，引起加速分布锥固定螺栓剪断，加速分布锥锥形盘变形损坏；再者，加速分布锥锥形盘厚度过薄，强度不够，是导致加速分布锥锥形盘变形损坏的另一个重要原因。我厂在试车期间已将加速分布锥固定螺栓进行加固，这样在理论上已经满足工作时剪切力的需要，但由于螺栓安装时预紧力各不相同，造成各个螺栓受力不均匀，个别螺栓甚至单个受力；同时，物料输送的不均匀，也造成螺栓瞬时受剪切力过大，超过其允许的许用应力，引起个别螺栓先松动或断裂，由此造成连锁反应，螺栓逐个剪断，造成加速分布锥锥盘变形，加速分布锥底座螺栓受力不均衡而松动断裂，致使离心机振动值超标而跳车，被迫停车检修。

3.2 改进对策

1）将加速分布锥与每个导向柱固定螺栓由M10螺栓改为M20的螺栓，材料仍为A4－70，改造后M20单个螺栓截面积增加到原两个M10螺栓截面积2倍，抗剪断能力增强了近2倍，同时又避免了因人为预紧力不均，每个导向柱上两个加速分布锥固定螺栓受力不均而逐个断裂。

2）将加速分布锥底座方形导向柱改为圆形导向柱，同时在圆形导向柱上切削去一部分，形成凹槽，这样既保证了导向柱的强度和稳定性，又扩大了物料分离的空间，确保出料畅通。改造后结构如图5所示。

图5 改造后导向柱示意图

3）加速分布锥锥形面原厚度为6mm，使用过程中常常变形，为此，我们对加速分布锥锥形面进行加厚。由于厚度加厚后，加速分布锥重量将增加，由此将增加离心机主轴转动负荷，增加加速分布锥固定螺栓剪切力。因此我们在不改变原设计其余尺寸下，将加速分布锥锥盘厚度增加到8mm。

通过试运行，离心机振动值、运行电流无明显变化，说明加速分布锥加厚增加的重量对离心机运行影响不大。

4）加速分布锥厚度加厚，重量增加后，原有的加速分布锥底座固定螺栓承受载荷增加，加剧了其松动断裂。为解决此问题，将加速分布锥底座固定螺栓由8个M12螺栓改为8个M16螺栓，其抗剪切能力也提高到原来的1.8倍，同时，安装时螺栓螺纹面涂上螺纹锁固剂。

通过在部分离心机进行以上改进，彻底解决了离心机加速分布锥固定螺栓松动、断裂，加速分布锥焊缝开裂、变形，加速分布锥底座固定螺栓频繁松动、断裂等一系列问题，稳定了离心机的运行。

4 液压部件活塞组件的损坏分析及修理

4.1 液压系统原理及结构

推料式离心机的驱动由在液压油箱上的轴承座、油泵、旋转驱动、转动轴和轴承、推料轴和推料换向控制器等组成。推料盘和推料篮筐的推料过程是由一个单独的电机带动的液压装置来完成。推料换向控制器在旋转轴的末端，换向控制器的液力／机械先导阀集成在推料活塞上，活塞直径为260mm。由油泵电机驱动油泵送来的3MPa液压油通过输油管，依靠换向控制器交替进入液压缸内活塞两端，从而推动活塞在液压缸内作往复运动。推料的频率由液压油的流量来决定。（如图6所示）

图6 液压推送结构图

4.2 活塞的故障及原因分析

4.2.1活塞的外圆磨损

活塞的材料为0.7040，相当于我国的QT400－15，材质软，在长时间往复工作过程中，与液压缸（材料1.721805，相当于我国的ZG25CrMo）频繁往复。因液压油使用时间长，其内部部件运行过程中磨损产生的金属杂质，进入活塞与缸体之间，造成活塞表面磨出沟痕，导致活塞两端相互漏油。因漏油造成活塞两端压差降低，推力减少，离心机能力下降。

4.2.2 活塞的双孔螺塞和迷宫密封环的损坏

活塞在长期往复工作中，主要依靠其内部换向控制器中的换向导杆受油压推力在主控制衬套内作往复运动来控制进油的方向，从而依靠油的液压推力推动活塞在液压缸内作往复运动，完成推料的过程。我厂7＃离心机运行过程中，发生液压推力系统不动作故障。经解体检查，发现活塞内一侧双孔螺塞松动，一侧活塞上M36螺纹及双孔螺塞螺纹坏，迷宫密封环脱落挤压损坏。分析原因认为由于活塞与液压缸长期往复运动，活塞表面磨损出部分沟痕，致使活塞两侧互相漏油，造成活塞与换向杆不同步移动，从而导致换向杆频繁与迷宫密封环撞击，造成螺塞松动、螺塞与活塞配合螺纹损坏，直至螺塞脱落，迷宫密封环挤压损坏。