離心脫水機系列故障及原因探析
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1 離心機主電機系列故障經過
1.1 第一次離心機主電機故障停車及處理經過
該離心機為德國威斯伐利亞離心機，型號為UCC450-00-32，第一次故障發(fā)生在4月14日凌晨0:30分，車間班組巡檢發(fā)現(xiàn)離心機自停，并顯示“轉鼓主機失效”報警信息，發(fā)現(xiàn)主電機發(fā)燙，現(xiàn)場有燒焦的糊味。電工檢查確認主電機抱軸，盤車不動。遂將離心機斷電，緊急聯(lián)系拆運搶修，解體打開電機前后端蓋，發(fā)現(xiàn)軸承抱死，軸承內沒有潤滑油，軸承端蓋內孔損壞，測量軸直線度，撓度為3～5mm，并發(fā)現(xiàn)軸有裂紋現(xiàn)象，采取的措施是在裂紋處用液壓鋸將電機軸割開一分為二，兩處軸頭端面切削為錐形端面，軸心處做連接螺栓，以實現(xiàn)軸向定位，兩半軸采用J507焊條進行堆焊后，車削加工處理，更換工廠提供的SKF6210軸承兩套，軸承內加注二硫化鉬鋰基脂，電機組裝完畢后，于4月17日進行回裝，在檢查了各裝配精度及要求后，開啟運行離心機，運行正常。
1.2 第二次離心機主電機故障停車及處理經過
4月28日凌晨5:00，班組巡查發(fā)現(xiàn)離心機主電機再次出現(xiàn)故障，現(xiàn)象與之前完全一樣，水洗后離心機無法啟動，顯示屏報警信息仍是“轉鼓主機無效”，機電儀等相關人員確認離心機主電機抱軸，第二次拆走維護，檢查后與第一次癥狀一樣，測量軸的撓度為0.2mm，采取措施是車削去除0.25mm材料，之后刷鍍0.25mm，恢復軸原先尺寸，前軸承由6210球軸承更換為NU210滾柱軸承，后軸承為6210軸承，并加注3#鋰基潤滑脂，至29日回裝，22:30分離心機開啟運行，設備運行平穩(wěn)，狀態(tài)正常。
1.3 第三次離心機主電機故障停車及處理經過
5月2日班組巡檢發(fā)現(xiàn)離心機停車，無法再次啟動，亦無法水洗。當時顯示屏顯示“Failure solids conveyor”。機電儀三方確認離心機主電機軸斷裂，軸頭斷裂，軸承保持架散架，軸承內沒有潤滑油，軸承端蓋損壞，因電機主軸已無法使用，需加工一新軸，材質為27SIMn，電機前軸承安裝NU210滾柱軸承，后軸承安裝6210球軸承，至5月6日離心機主電機組裝完畢，空試10小時，測試正常后裝機投用，7日上午離心機開啟運行，運行狀態(tài)及數(shù)據(jù)正常。
1.4 第四次離心機主電機故障停車及處理經過
5月15日18:00左右，運行班組巡檢再次發(fā)現(xiàn)離心機自停，遂對自停原因進行檢查，將離心機擋板及齒輪箱端蓋打開發(fā)現(xiàn)主電機斷裂，轉鼓盤車不動，皮帶解除后對離心機轉鼓進行盤車，轉鼓回轉正常，鑒于多次故障，第四次故障后，經過技術分析討論后，采購新電機，組裝后試運行正常，目前運行至今。
2 離心機主電機系列故障原因分析
此次離心機系列故障從4月14日第一次故障至5月15日第四次故障停車，出現(xiàn)四次系列故障停車，從中可發(fā)現(xiàn)四個共同點，即四次均出現(xiàn)了電機前端軸承抱死、軸承無油、前端軸承均出現(xiàn)高溫、故障前工藝流程未有大的變動等共性問題；四個不同點，即軸承型式、軸承潤滑、軸、斷口在四次故障中有所不同。前三次故障為原電機軸，第四次故障為加工的新軸；端口位置不同表現(xiàn)為第一次斷軸位置在電機前軸承外，第二次斷軸位置在前軸承位上。
第一次斷軸從斷口觀察，其瞬斷區(qū)和擴展區(qū)較為明顯，可判定為疲勞斷裂，第二次斷軸其端口因軸頭磨損其瞬斷區(qū)和擴展區(qū)不明顯。電機主軸斷裂無外乎幾方面因素所致：1、軸材料問題；2、軸加工問題；3、軸承問題；4、安裝問題；5、載荷問題；6、潤滑問題；7、失穩(wěn)問題；8、異物卡阻問題；9、皮帶問題；10、差速器問題?，F(xiàn)一一分析如下：
2.1 軸材料問題
本次離心機系列故障前兩次表現(xiàn)為軸承損壞，但與軸本身都有關系，第一次故障檢查后已發(fā)現(xiàn)軸有裂紋，且軸撓度達3～5mm，但軸未斷裂，說明原電機軸強度是沒有問題的，即使在軸承抱死、軸嚴重彎曲的情況下，軸的材料強度依然保證了離心機的運轉。但是第一次處理過程中軸經過割裂、堆焊、車削處理，已改變軸的力學性能。其焊材與母材熔合后的材料力學已發(fā)生了改變，其強度、剛度、韌性、抗剪切力等力學指標一定改變，在第二次故障處理過程中，經過車削和刷鍍后，力學性能再次發(fā)生改變；在第三次加工新軸過程中，并沒有采用常用的45#鋼，而是采用的27SIMn，軸材質又發(fā)生了改變，當然其力學性能也隨之改變，更換新軸后其剛度、強度是否符合要求，安全裕度是否符合要求，P、S、H等這些易引起軸斷裂的有害材料成分及SI、Mn等有益成分是否符合要求等并未進行檢測分析，所以我們有理由懷疑軸的材料不符合要求是導致第二次斷軸的這一重要論斷。
2.2 軸加工問題
前三次故障處理過程都涉及到軸的加工，第一次涉及車、銑、鉆加工、電氣焊加工，第二次涉及車削加工、刷鍍；第三次涉及車削加工，在每一加工過程中極易造成應力集中問題的出現(xiàn)，譬如說在熱加工過程中如何控制馬氏體的形成，降低焊接殘余應力、避免應力集中，危險截面的出現(xiàn)，車削加工中如何控制車削量、何處設計退刀槽，每一次的車、銑、鉆、焊、鍍都是對軸的“傷筋動骨”的手術，特別是軸表面加工處理，因軸的表面是受應力較大區(qū)域，軸中心受應力較小，在前兩次軸的處理過程中，加工過程中都涉及到不同材料的疊加，在其結合面，仔細觀察第一次斷口的表面特征，會發(fā)現(xiàn)軸的中心為瞬斷區(qū)，裂紋發(fā)生和擴展正處于兩種材料的結合部，在第一次故障后已發(fā)現(xiàn)軸有裂紋，盡管軸已彎曲3～5mm，但因原軸的材料強度、韌性較好，未發(fā)生斷裂，在第一、二次經過堆焊、車削、刷鍍過程中，軸的內部危險裂紋并未徹底消除，反而出現(xiàn)了在經過第二次軸的加工修復后，第三次出現(xiàn)了端軸事故，可以這么說，前三次離心機故障是軸的強度、韌性、抗剪切力不斷劣化的一個過程，只是在第三次軸以斷裂的破壞形式出現(xiàn)，所以說，軸的加工處理是導致軸斷裂的一個重要因素。
2.3 軸承問題
在三次電機軸處理過程中，軸承都出現(xiàn)了無油抱死粘連情況，并更換了不同型號軸承，軸承全部為正規(guī)渠道提供，前期通過外觀檢查、狀態(tài)及溫度檢測，可以排除軸承的質量問題。每次離心機故障，檢查軸承全部抱死、無油，這說明軸在斷裂前軸承溫度異常高，但在日常檢測過程中卻未發(fā)現(xiàn)，實際上軸在斷裂前是一個快速劣化過程，從危險裂紋的形成、擴展直至斷裂這個過程很短，在這個過程中因為軸的扭轉導致軸不同心可使支撐位軸承溫度急劇升高，特別是在第二次斷軸過程中，斷口正處于軸承內圈位置，更是導致了軸承的高溫，軸承內的潤滑油在高溫下發(fā)生泄漏甚至汽化，橡膠材質的油封高溫下出現(xiàn)焦化現(xiàn)象，這也就是為什么斷軸后操作工現(xiàn)場聞到“糊味”的原因。所以軸的劣化、扭轉是導致軸承損壞的原因，這是一個因果關系，而不是軸承的缺陷導致軸的斷裂。
2.4 安裝問題
安裝設計有兩個問題，一是電機皮帶輪與轉鼓皮帶輪的對中，另一個是電機底板的平面度。對于皮帶輪的對中，是由皮帶輪在電機軸上的位置及電機的相對位置決定的，可調整量非常有限，對中要求是盤車過程中，皮帶應正確入皮帶輪槽內，外緣與輪槽無過渡擠壓，盤車聯(lián)動運轉靈活；皮帶的張緊度以按壓皮帶中部，其撓度在20mm左右為宜，電機底板平面度以水平儀檢測為準。在歷次離心機檢修過程中，電機底板及皮帶輪基本按照上述原則進行。假設電機與轉鼓皮帶輪不在一個垂直立面上，若錯位距離較小，則皮帶輪的外緣會出現(xiàn)磨損，錯位距離較大，則離心機在開車過程中，就極有可能發(fā)生皮帶轉動脫落或斷裂的情況，但這兩種情況都沒有發(fā)生，在第一次斷軸過程中，對每條皮帶進行擦拭檢查，除了第一次斷軸后，有一條皮帶因軸斷裂出現(xiàn)磕碰損傷外，其它皮帶均處于正常可用范圍，因此可排除此安裝問題。
2.5 載荷問題
在前兩次軸的加工過程中，因軸材料特別是危險截面上的材料發(fā)生了改變，且車、銑、焊、鍍等加工工藝已改變了材料的力學性能，特別是第二次采用27SIMn材質加工新軸過程中，未對軸加工前后進行熱處理、表面強化處理及化學處理措施，以提高軸的抗疲勞和抗剪切強度。由于受條件所限，未對加工后的軸進行材料成分分析及力學性能測試。從離心機的運行參數(shù)分析，從4月14至5月15日離心機運行期間，處理泥量基本上在7～12立方每小時范圍內，系列故障之前處理泥量長期在12～16立方每小時范圍內，說明外部載荷并沒有額外增加，可排除載荷問題引起的故障。
2.6 潤滑問題
整個離心機系統(tǒng)有5處潤滑點，在運行檢測過程中并未出現(xiàn)轉鼓前后軸承端溫度升高跡象，基本上在40℃左右，所以離心機本體內因潤滑不暢導致轉矩增大進而電機斷軸的可能性也可以排除。
2.7 失穩(wěn)問題
離心機是通過介質密度不同產生不同的離心力實現(xiàn)泥水分離，所以對轉子的動平衡是有要求的，離心機在出廠前對螺旋、轉鼓分別進行動平衡測試，并且組裝完畢后還需要對整體進行平衡測試。失穩(wěn)是不是導致電機軸斷裂的主因，可通過假設法反推一下：假設離心機轉子不平衡度增大，則離心機本體、轉鼓前后軸承端及電機的震動和烈度一定能通過測振儀檢測出來，但這與我們實際檢測數(shù)據(jù)是不符的，在提高離心機震幅、烈度及溫度的檢測力度與檢測頻度，不同人員不同儀器對比檢測，震幅檢測數(shù)據(jù)基本在0.02～0.05mm區(qū)間波動，符合震幅小于0.06mm的優(yōu)良運行狀況；另外烈度的檢測，廠家要求是12mm/s以下，實際檢測數(shù)據(jù)都在2～5mm/s波動，截獲的烈度數(shù)據(jù)7.2mm/s，也是完全滿足廠家運行要求的；二是甩泥環(huán)處4條螺栓沖刷導致的離心機失穩(wěn)也是不太可能的，甩泥口和分離水口的甩泥環(huán)、螺栓、堰板等受到固液介質的沖刷是正常的。實際上，螺栓沖刷較甩泥環(huán)出泥導致的轉子不平衡度要小很多，在每一次出泥瞬間，出泥是通過下端的一個甩泥環(huán)實現(xiàn)的，此處甩泥環(huán)積聚的污泥較多，在轉鼓高速旋轉的過程中，此處產生的不平衡力較之螺栓堰板沖刷引起的不平衡度要大很多，因此通過分析推理可排除失穩(wěn)問題引起的主電機斷軸這一論斷。
2.8 異物卡阻問題
離心機主要處理浮選產生的浮渣、底泥、剩余活性污泥及隔油池內浮渣、底泥，通過管道進泥罐攪拌均勻后，進離心機轉鼓前要通過3道過濾器過濾，所以出現(xiàn)異物卡阻導致斷軸的可能性非常小，且在歷次離心機檢查維護過程中均未出現(xiàn)異物卡阻問題 ，故此項原因可排除。
2.9 皮帶及差速器問題
皮帶問題在2.4 安裝問題中已闡述，此處不再贅述。關于差速器問題導致斷軸的可能性也非常小，如果說差速器內出現(xiàn)偏心軸承損壞或軸套開裂等嚴重情況，會立刻出現(xiàn)兩種后果，一是轉鼓盤車異響，二是盤車卡阻，但這兩種情況在系列故障中都沒有出現(xiàn)，且每次電機安裝后離心機都能實現(xiàn)開車，運行檢測中也未發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)及聲音異常。所以說差速器問題引起的斷軸可能是不存在的。
綜合以上問題研判，此次離心機系列故障是由電機主軸引起的，從第一次軸彎曲3～5mm到第二次軸彎曲0.2mm，再到第三次軸發(fā)生斷裂破壞，這一過程是有著前后緊密聯(lián)系的，在前三次故障處理過程中，因對軸的加工處理及過程控制不當導致了軸強度、剛度改變，在第三次事故中以疲勞斷裂的破壞形式出現(xiàn)，在第四次故障即第二次電機斷軸過程中，因對軸材料選型、加工處理不當才導致了第二次電機斷軸的發(fā)生。
3 預防性措施
由于離心機的技術集成度高，對運行和維護有嚴格要求，對材料加工和安裝有嚴格限定，所以在日常操作中，應嚴格按照操作手冊進行，特別是設備開停車過程中，做好設備和管道的清洗工作；在日常維護中，應按照廠家的維護手冊做好設備的潤滑保養(yǎng)，狀態(tài)檢測及清理盤車等工作，涉及軸的加工修復等改變材料屬性及力學性質時，應謹慎處理，做好材料選型、加工處理、力學校核試驗等工作。
4 結論
自動離心脫水機的平穩(wěn)運行至關重要，在運行、維護及故障處理過程中，只有嚴格按照操作及維護手冊，做好日常維護保養(yǎng)及運行，在故障處理中做好故障綜合研判和技術分析，才能確保故障的有效解決，從而保證離心機的安穩(wěn)長期運行。
