旋振筛优化改造研究

余韬(重庆建峰化工股份有限公司，重庆 408601)

0 引言

重庆建峰化工股份有限公司第二套大化肥装置为设计年产450 Kt合成氨/800 Kt尿素的大型化肥装置，产品包装部包装楼二化部分原有一套进口旋振筛，其作用是有效筛分散装尿素中的细粉尿素，最大限度降低尿素中的粉尘含量[1]。近年来受天然气涨价、企业生产成本不断升高以及尿素价格持续走低的大环境影响，同行业间市场竞争力日益加剧，产品质量成为企业是否更具有竞争力的关键因素之一。为减少尿素粉尘含量，提高产品质量，2016年在包装楼二化部分新增一套国产旋振筛(精细筛分机)，新旋振筛自投用以来，故障频繁，无法满足正常使用。

1 旋振筛的工作特点

1.1 旋振筛机理

旋振筛运行时作往复式旋转运动，旋转运动由偏心回转机构提供，使得箱体在水平面作旋转，达到颗粒尿素能够在筛网上作往复运动的目的，与此同时，需要倾斜筛面，使得细粉尿素通过筛网，实现细粉尿素的筛选。旋振筛的动力由三相异步电动机提供，箱体的振动由激振器引起，激振器由三角带带动，完成整个动力的传输过程。因此三角带起到重要的作用，不仅可以控制载荷的大小，还起到保护设备的作用[2]。

1.2 旋振筛参数及工作原理

为减少尿素粉尘含量，提高产品质量，选用旋振筛对物料进行筛分，其主要参数如下：型号为BZSJ2 036，电机功率为11 kW，筛网层数为2层，筛网规格为2 040×3 621 mm，设备转速为199 r/min，筛面倾角为2～4°，往返行程为92 mm，重量为4 650 kg。其主要结构：该机主要由驱动装置、筛体、筛网、筛架、弹性支撑装置等组成，筛机通过直径为φ20 mm钢丝绳采用吊装式安装，安装角度约5°，吊孔在设备筛架四个角上[3]。

工作原理：细分尿素从旋振筛的顶部进入到进料口中，细粉尿素会被布料器快速的分散在筛网上，其筛分运动主要分为两种形式：往复回旋式运动和前后往复式运动。往复回旋式运动的作用是将细粉尿素进行迅速的分散，在特定往复回旋运动的影响下，在进料口细粉尿素会以短椭圆的形式进行回旋运动，在细粉尿素向出料口的运动过程中，运动轨迹逐渐由短椭圆变为长椭圆。前后往复式运动能够使细粉尿素在筛选过程中实现较长的运动轨迹，保证了筛分质量。自清网系统的作用是筛除细粉粘连物，其作用方式为在筛格框中放置弹跳球，弹跳球的运动由冲击筛格斜面引发，弹跳球撞击筛网表面，利用其自身的粘性去除筛网表面上的细粉粘连物，确保旋振筛在运作过程中不会出现筛网堵孔的现象，进而提高了旋振筛的运行效率。

2 旋振筛的故障现象

自从设备安装至投用以来，故障频繁，部门不断进行检修修复，但是同一故障反复出现，设备的连续运行时间低于72 h，无法保证企业的生产需求，具体故障现象如下[4]：

(1)筛体悬吊钢丝绳多次出现断股或断裂情况，尤其是尾部位置钢丝绳。(2)钢丝绳吊环、索具螺旋扣频繁断裂。(3)筛体尾部两侧弹性支撑连接板多次断裂。

3 旋振筛的故障分析及优化改造

3.1 旋振筛初次改造

针对故障现象，同时借鉴原进口旋振筛悬吊钢丝绳配件，配合旋振筛厂家人员进行升级改造。针对日常经常发生的故障，初期采取的整改措施具体如下：

(1)在钢丝绳与吊环连接处增加钢丝绳保护套环，套环尺寸选用M18，避免旋振筛运行中钢丝绳与吊环直接摩擦造成接触区域的磨损和损伤；(2)对筛架上所有吊耳、索具螺旋扣重新选型，使吊环、索具螺旋扣O型圈厚度由14 mm增加为20 mm；(3)对尾部连接板块进行加厚、加固处理，将尾部连接板由3 mm改为12 mm，重新进行更换焊接处理；(4)再次确认旋振筛头部及尾部筛架两侧悬空高度，对其四个角两两找平；(5)对筛体两侧与工字钢筛架间距进行确认，调整为一致；

以上措施整改完毕，投入负载连续运行，加强巡检及关注，故障依然存在，钢丝绳及配件仍然出现断裂情况，尾部连接板未断裂，但已经出现焊缝脱焊情况，对故障原因进行分析。钢丝绳具有较高的强度和柔性，目前被大量的建筑、机械设备机构中采用，然而钢丝绳的承载受力过程十分复杂，在实际工况中，钢丝绳既要承受拉伸力，同时还承受弯曲力和扭转力，即使钢丝绳拥有很好的力学性能，但在复杂的受力环境下，其强度极限和使用寿命会受到不同程度的影响，因此为了确保钢丝绳能够在工作期间正常承载，分析钢丝绳的受力过程具有重要的意义，同时为选择钢丝绳的型号提供指导意义。通常情况下计算钢丝绳的受力以应力为主[5]。

拉应力计算如式(1)所示：

式中：F为钢丝绳为实际工况中受到的外载荷(N)；i为钢丝根数；d为钢丝绳的平均直径(mm)；φ为钢丝绳的充满率，其可通过查表得到；k为钢丝绳的不均匀系数。有公式可以明确计算钢丝绳强度时，需要考虑钢丝绳中钢丝根数的影响。

弯曲应力计算如式(2)所示：

式中：D为钢丝绳所绕卷筒或滑轮的直径(mm)。

挤压应力的计算如式(3)所示：

式中：L为导程(mm)；n、m为钢丝绳的常数。

由此可以看出，钢丝绳受到的载荷越大，钢丝绳在接触区域的挤压载荷越大。而且导程越长，挤压力越大，因此通常情况下，选用钢丝绳的时候选择捻距小的。选用钢丝的直径在其许用值范围内，尽量选择钢丝根数多的以分散载荷。

钢丝绳承载分析，在通常情况下钢丝绳主要承受的载荷为静载荷，动载荷的承受时间大部分为设备的启停时刻，即承受惯性载荷。一般而言，计算钢丝绳的受力，采用静力进行计算。

式中：Fp为钢丝绳发生断裂时的拉力(N)；Fmax为钢丝绳最大静拉力(N)；其二者的比值可以确定钢丝绳的安全系数K，e同样可以在相关表中可查。因此可根据公式来检验钢丝绳的强度。旋振筛总重量约为4 650 kg，选择直径为20 mm，型号为20NAT35W*7+FC1770ZS的无捻钢丝绳可以满足强度需求。同理，进而逐步检验钢丝绳的配件如吊环、锁具螺旋扣等配件的强度，选择合适的尺寸以确保相关配件能够正常承载。

针对尾部连接板之间的开裂，其原因主要为焊缝处出现应力集中，长时间受到载荷的作用，会发生疲劳的现象，焊缝逐渐出现裂纹，当微细裂纹扩展并且数量足够多时，焊缝处的结构刚度不足，满足不了其承载要求，发生弹塑性变形，严重时发生材料断裂，宏观的表现为焊缝开裂，因此需要改进焊接结构和焊接位置以提高焊接质量。

3.2 旋振筛再次改造

根据故障现象及以上数据分析，配件在选用上是满足要求，设备在运行中存在受力不均情况，头部摆动幅度与尾部弹性支撑结构受力不匹配，存在设计缺陷，作用应力集中在设备本体尾部，故障频发于尾部，因此在确保满足筛分质量情况下，需要降低旋振筛振幅，更换筛机头部回转机构偏心盘。将现有的摆幅46 mm降至38 mm，往返总行程由92 mm缩短为76 mm。经整改完之后，再次将旋振筛投入负载连续运行，使用周期延长至30天以上。结果表明，改造前出现问题依然未消除。虽然未彻底解决故障发生的原因，但起到明显的效果，说明改造方向的正确性，因此对整改措施进行研究，考虑对尾部弹性支撑机构进行更换，再次整改方案具体方案为[6]：

(1)切割掉出料端挡板内的加强筋，然后安装摩擦板支撑。摩擦板支撑下边安装磨床加工过的摩擦板，减少箱体往复运动过程中摩擦力。箱体左右各增加一件摩擦板支撑及摩擦板。(2)下方安装的石墨支撑块，系采用复合石墨并经过强化处理，以保证长久的使用寿命以及高的支撑力。水平方向运动的箱体可以减少垂直方向上的附加振动，可以减少底架传递给吊架的垂直动载荷。(3)为了保证箱体在水平方向上的位置，增加了箱体后部的连杆机构，限定了箱体在水平方向的位置。(4)为了安装石墨块，附加了石墨块底座，为了便于安装石墨块底座，需要增加钢板用于石墨块的位置调节，在底架上增加槽钢用于确保箱体部分重量。(5)由于后连杆采用轴承作为转动部件，减少了相互之间的扭力

4 结语

通过对旋振筛的机理分析，明确了其工作原理，结合选用的具体设备，分析了其故障发生的原因，并以此为依据对旋振筛进行了优化改造，提高了设备的使用寿命和筛分质量。实践表明，通过对旋振筛的升级，设备在连续负载运行6个月后，未出现任何问题，验证了设备改造升级的有效性。