臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)質(zhì)量問題分析
技術(shù)支持
某企業(yè)一臺臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)故障不斷，離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有嚴(yán)重的沙孔、縮孔等鑄造缺陷，轉(zhuǎn)鼓法蘭連接螺栓存在缺陷，銹蝕較為嚴(yán)重，部分已折斷缺失，存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題。對離心機(jī)的質(zhì)量問題進(jìn)行了鑒定，鑒定結(jié)果表明，離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓及法蘭連接螺栓制造過程存在嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，容易造成轉(zhuǎn)鼓體開裂甚至解體飛出，造成危險，容易引發(fā)生產(chǎn)安全事故。
離心機(jī)主要由主電動機(jī)、副電動機(jī)、動力和控制系統(tǒng)、差速器、轉(zhuǎn)鼓及蓋、螺旋輸送器、潤滑系統(tǒng)及機(jī)座等組成。
離心機(jī)的工作原理是螺旋輸送器套裝在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，通過兩端的同心軸承安裝連接，主電動機(jī)通過皮帶輪帶動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓通過空心軸與差速器的外殼相連接，差速器的動力輸出軸帶動螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓作同向轉(zhuǎn)動，但形成一定的轉(zhuǎn)速差。差轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的負(fù)轉(zhuǎn)差率，有利于沉渣的輸送，且可降低減速器的功率。污泥物料通過螺旋中間進(jìn)料管送到離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，隨轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)。密度大的固相顆粒在高速旋轉(zhuǎn)形成的離心力的作用下甩到轉(zhuǎn)鼓壁上，水分也會同時被甩出，從而實現(xiàn)泥渣與液體分離。由于螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓的相對運動，泥渣會被螺旋葉片推進(jìn)送到轉(zhuǎn)鼓的小徑端，經(jīng)出渣口排出。在轉(zhuǎn)鼓的大端蓋上開設(shè)有若干的溢流孔，以排出甩出分離后的液體。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與螺旋推進(jìn)器的差速、進(jìn)料速度及調(diào)整調(diào)節(jié)閥，可以改變分離出沉渣的出料量和干濕度。
1 離心機(jī)勘驗檢查情況
設(shè)備的轉(zhuǎn)鼓和皮帶輪處均有防護(hù)罩蓋。但進(jìn)料口處的軸承座軸頸部位防護(hù)不全，底部均有4個沒有安裝螺栓的支撐膠腳墊，設(shè)備通過支撐膠腳墊安置在機(jī)架的工字鋼鋼梁上，離心機(jī)的電氣控制柜安裝在距離設(shè)備約600mm處的位置。
2 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓勘驗
2.1 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的勘驗情況
鼓體表面有不同程度但較為嚴(yán)重的砂孔、縮孔等鑄造缺陷，從表面可發(fā)現(xiàn)一段長度大于90mm的鑄造缺陷，以及一些裂紋。鋸開轉(zhuǎn)鼓體的法蘭凸緣，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部也有很嚴(yán)重的砂孔、縮孔等鑄造缺陷。轉(zhuǎn)鼓的中間連接螺栓均有銹蝕現(xiàn)象，部分已折斷缺失。
2.2 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的徑向跳動和端面跳動狀況
對設(shè)備的轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行徑向跳動和端面跳動檢查。離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓經(jīng)機(jī)加工后通過螺栓鏈接裝配而成，在轉(zhuǎn)鼓上取多個檢測點進(jìn)行測量。其結(jié)果如下表所示：
檢測點 | 跳動值（mm） | 檢測點 | 跳動值（mm） |
A | ±0.06 | G | ±0.05 |
B | ±0.09 | H | ±0.04 |
C | ±0.03 | I | ±0.07 |
D | ±0.10 | J | ±0.07 |
E | ±0.17 | K | ±0.06 |
F | ±0.13 |
3 離心機(jī)運行試驗
3.1 離心機(jī)空載運行試驗
對離心機(jī)進(jìn)行空載運行，先啟動主電機(jī)，運行2min再啟動副電機(jī)，在主電機(jī)轉(zhuǎn)速提升過程中當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到400r/min時，整個安裝平臺開始有震感產(chǎn)生。調(diào)節(jié)主電機(jī)變頻器，通過控制柜面板顯示讀數(shù)，使轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速保持在610r/min，變頻器顯示16.25Hz，此時運行未見異常情況。
運行20min后，將主電機(jī)頻率調(diào)高，通過控制柜面板顯示讀數(shù)，使轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速保持在1128r/min，主電機(jī)變頻器顯示29.85Hz，差速顯示9.2r/min，副電機(jī)頻率為12.00Hz。
當(dāng)設(shè)備運行了25min后，在提升主電機(jī)變頻器頻率過程中，聽到有轉(zhuǎn)鼓連接螺絲斷掉飛出的撞擊聲音，當(dāng)時轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為1280r/min。為安全起見，將轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速調(diào)回1128r/min繼續(xù)運行。
經(jīng)過2h運行后停機(jī)，打開轉(zhuǎn)鼓防護(hù)罩，檢查轉(zhuǎn)鼓法蘭連接螺栓情況，發(fā)現(xiàn)自編號為17#位置的螺栓頭已斷掉，只有半截螺絲桿留在螺孔內(nèi)。
空運行期間，使轉(zhuǎn)鼓在1128r/min狀態(tài)下運行，記錄此過程中的離心機(jī)4點位置的噪聲值，分別為96.3dB（A），92.9dB（A），95.9dB（A），106.7dB（A），其噪聲值均超過90dB（A）。
在轉(zhuǎn)速1882r/min的條件下運行1小時，測得軸承1溫度為134.8℃，軸承2溫度為57.4℃。
3.2 離心機(jī)負(fù)載生產(chǎn)試驗
啟動離心機(jī)，控制柜面板顯示轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為1128r/min，差速為9.1r/min，從進(jìn)料口注入清水，經(jīng)過10min運行后，打開設(shè)備進(jìn)料閥門，啟動送料設(shè)備，使送料量保持在30%左右，排渣口有污泥排出。持續(xù)10min送料后，副電機(jī)出現(xiàn)過載報警，差速顯示為5.7r/min，停機(jī)重啟，經(jīng)多次調(diào)節(jié)，把送料量控制為15%左右，運轉(zhuǎn)情況回復(fù)正常。
使轉(zhuǎn)鼓在1128r/min狀態(tài)下運行，記錄此過程中的離心機(jī)4點位置的噪聲值，分別為91.6dB（A），93.3dB（A），91.2dB（A），107.1dB（A），其噪聲值均超過90dB（A）。
測得差速器溫度60℃，測得皮帶及帶輪的溫度達(dá)99.2℃。運行過程中主電機(jī)和副電機(jī)皮帶輪的溫度還在不斷上升，溫度達(dá)到125.8℃。
4 主要零部件的材質(zhì)檢驗情況
4.1 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的材質(zhì)檢驗
對離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓法蘭進(jìn)行取樣，帶回實驗室進(jìn)行材質(zhì)分析，得到樣品中各元素含量的檢驗結(jié)果。
元素 | 1Cr17Ni7標(biāo)準(zhǔn)含量要求 | 檢測結(jié)果 | 判定 |
C | ≤0.15 | 0.047 | 符合 |
Si | ≤1.00 | 0.62 | 符合 |
Mn | ≤2.00 | 0.77 | 符合 |
P | ≤0.035 | 0.027 | 符合 |
S | ≤0.030 | 0.0084 | 符合 |
Cr | 16.00～18.00 | 17.18 | 符合 |
Ni | 6.00～8.00 | 7.33 | 符合 |
4.2 轉(zhuǎn)鼓聯(lián)接螺栓的材質(zhì)檢驗及金相檢驗
把離心機(jī)已斷裂的轉(zhuǎn)鼓聯(lián)接螺栓頭帶回實驗室進(jìn)行進(jìn)一步的檢驗，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)這些樣品均已嚴(yán)重銹蝕。
4.2.1 螺栓的材質(zhì)檢驗
對斷裂的螺栓頭抽樣后進(jìn)行材質(zhì)分析。
樣品 編號 | 化學(xué)成分（%） | ||||||||
C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | 3個樣品的Cr含量均在10%以下 | |
① | 0.17 | 0.24 | 17.87 | 0.016 | 0.004 | 9.57 | 0.25 | 0.20 | |
② | 0.17 | 0.24 | 17.79 | 0.017 | 0.004 | 9.61 | 0.25 | 0.20 | |
③ | 0.18 | 0.32 | 18.88 | 0.016 | 0.004 | 8.40 | 0.35 | 0.45 | |
4.2.2 螺栓的斷口掃描分析
②號樣品的斷口比較平整，表面銹蝕嚴(yán)重。
將②號樣品的斷口表面清洗干凈，在掃描電鏡1000倍下觀察，可見為沿晶的脆性斷裂，還可見局部的晶間裂紋。
4.2.3 螺栓的金相檢驗
將①號和②號樣品沿螺栓的軸向剖開，取樣進(jìn)行金相檢驗，發(fā)現(xiàn)其斷口和其他位置上有許多垂直于螺栓軸向、沿表面（腐蝕坑）向內(nèi)部擴(kuò)展的裂紋，其顯微組織為奧氏體，裂紋沿著奧氏體晶界擴(kuò)展。
5 分析說明
（1）離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓徑向跳動和端面跳動檢查結(jié)果表明，轉(zhuǎn)鼓的機(jī)加工精度基本合乎要求。
（2）離心機(jī)運行過程振動噪聲過大，達(dá)到107.1dB（A），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T502-2004《螺旋卸料沉降離心機(jī)》中“離心機(jī)運轉(zhuǎn)時噪聲應(yīng)不大于90db（A）”的規(guī)定，存在傷害人員聽覺器官的危險危害。
（3）空運行和負(fù)載試驗中，軸承溫度（軸承座外表溫度）達(dá)到134.8℃和125.8℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般設(shè)備正常安全使用的溫度（一般不大于65℃），不符合 機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T502-2004《螺旋卸料沉降離心機(jī)》中“主軸承溫度應(yīng)不大于70℃，溫升不大于35℃”的規(guī)定，存在燙傷人員的危險，長時間的高溫也會燒干潤滑脂，燒毀軸承，損壞設(shè)備。
（4）離心機(jī)鼓體表面都有不同程度但較為嚴(yán)重的砂孔、縮孔等鑄造缺陷。由于存在這些制造缺陷，使轉(zhuǎn)鼓質(zhì)量分布不均勻，設(shè)備高速運轉(zhuǎn)時，會影響轉(zhuǎn)鼓的動平衡質(zhì)量，造成設(shè)備振動過大，并使軸承磨損而發(fā)熱。另一方面，在高速運轉(zhuǎn)情況下，這些制造缺陷還容易造成轉(zhuǎn)鼓體開裂甚至解體飛出，造成危險，引發(fā)生產(chǎn)安全事故。
（5）離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的中間連接螺栓均有銹蝕現(xiàn)象，部分已折斷缺失，甚至在現(xiàn)場鑒定開機(jī)過程中也有斷聯(lián)接螺栓的現(xiàn)象。表明設(shè)備存在缺陷，已不能正常使用，設(shè)備的安全性能已無法保障。
（6）對取樣帶回的轉(zhuǎn)鼓樣件的元素成分分析結(jié)果表明，樣品中的各元素均符合304不銹鋼（1Cr17Ni7）標(biāo)準(zhǔn)的要求。
（7）對斷裂的螺栓頭抽樣后進(jìn)行材質(zhì)分析的檢驗結(jié)果表明，3個樣品的Mn含量很高，而Cr含量均在10%以下，Cr元素的含量偏低，不符合不銹鋼的要求，不屬于不銹鋼。螺栓存在質(zhì)量缺陷降低了螺栓的機(jī)械性能，即降低了螺栓的承載能力，容易引發(fā)設(shè)備事故。
（8）螺栓斷裂原因分析：由于離心機(jī)露天放置時間較長，且離心機(jī)上螺栓材質(zhì)未達(dá)到不銹鋼的要求，在空氣、雨水的作用下表面首先發(fā)生化學(xué)腐蝕，由于螺栓的組織結(jié)構(gòu)為奧氏體，而奧氏體具有晶間腐蝕的敏感性，腐蝕裂紋沿晶界擴(kuò)展，上緊的螺栓有一定的軸向拉力，在這樣的條件下，螺栓發(fā)生了應(yīng)力腐蝕，加快了螺栓的腐蝕速度，使螺栓上有大量垂直于軸向的，由表面向里面擴(kuò)展的裂紋，這些沿晶裂紋嚴(yán)重破壞了螺栓的機(jī)械性能，降低了螺栓的承載能力。而當(dāng)設(shè)備運行時會產(chǎn)生較大的振動和離心力，使已經(jīng)脆弱的螺栓過載，螺栓順著應(yīng)力腐蝕的裂紋發(fā)生了脆性斷裂。
6 結(jié)束語
本文主要對臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)進(jìn)行質(zhì)量分析，確定了離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有嚴(yán)重的砂孔、縮孔等鑄造缺陷，轉(zhuǎn)鼓法蘭連接螺栓存在缺陷，銹蝕較為嚴(yán)重，部分已折斷缺失，存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題。在高速運轉(zhuǎn)情況下，這些制造缺陷還容易造成轉(zhuǎn)鼓體開裂甚至解體飛出，造成危險，引發(fā)生產(chǎn)安全事故。
