1 設(shè)備概況
呼倫貝爾金新化工有限公司濃鹽水裝置臥式螺旋卸料離心機(jī)(簡(jiǎn)稱離心機(jī))由意大利貝亞雷斯集團(tuán)設(shè)計(jì)和生產(chǎn),型號(hào)FP600 2RS/M,為環(huán)保裝置重要的固液分離設(shè)備,其主要作用是將機(jī)械攪拌澄清池底沉淀的污泥進(jìn)行固液分離(污泥主要成分是石灰乳等)?;玖鞒虨椋郝輻U泵吸入機(jī)械攪拌澄清池底部的污泥,并加壓至0.3MPa,輸送至離心機(jī),經(jīng)離心機(jī)高速離心、卸料,實(shí)現(xiàn)固液相分離。離心機(jī)出泥口設(shè)計(jì)專用的刮泥裝置,及時(shí)將固相物料清理,設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)下表:
項(xiàng)目 | 參數(shù) |
運(yùn)行容量/(m3/h) | 14 |
工作溫度/℃ | 25 |
進(jìn)口固體濃度/% | 4 |
離心機(jī)出口固體濃度/% | 25 |
聚合物(助凝劑)加藥濃度/(μg/mL) | 76 |
固體回收率/% | 95 |
離心機(jī)設(shè)計(jì)容量/(m3/h) | 14 |
離心力/N | 32340 |
轉(zhuǎn)鼓電機(jī)功率/kW | 15 |
螺旋電機(jī)功率/kW | 4.4 |
轉(zhuǎn)鼓額定轉(zhuǎn)速/(r/min) | 4000 |
出渣口固相含水率/% | 70~80 |
齒輪比 | 1:160 |
外形尺寸/mm | 3000×1050×1400 |
設(shè)備在啟動(dòng)前開(kāi)啟轉(zhuǎn)鼓沖洗水,運(yùn)行至額定轉(zhuǎn)速后切換物料投入運(yùn)行,軸承無(wú)冷卻方案,軸承運(yùn)行時(shí)正常溫度在60~70℃,工況運(yùn)行轉(zhuǎn)速4000r/min。
2 存在的問(wèn)題
2015年2月-2018年5月,隨著工藝系統(tǒng)需要處理的泥量增多,設(shè)備運(yùn)行周期變長(zhǎng),啟停次數(shù)頻繁,設(shè)備故障率逐漸增加,設(shè)備連續(xù)運(yùn)行不到1個(gè)月就要被迫停機(jī)進(jìn)行檢修,主要問(wèn)題表現(xiàn)為:
(1)離心機(jī)整體振動(dòng)值偏高(22~32mm/s)。
(2)主軸承溫度較高(85~95℃),潤(rùn)滑脂變質(zhì)。
(3)物料堵塞在轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間,盤車卡澀,設(shè)備運(yùn)行跳車。
(4)差速器故障。
(5)電機(jī)故障頻繁。
2015年至2018年5月(共計(jì)41個(gè)月)停車檢修52余次。設(shè)備代表性損壞情況:由于設(shè)備振動(dòng)值較大,故障停車,解體大修,檢查各軸承,并更換轉(zhuǎn)鼓及螺旋液相端軸承和固相端軸承。
離心機(jī)本體軸承共計(jì)4個(gè),分別為轉(zhuǎn)鼓液相端軸承、螺旋液相端軸承、轉(zhuǎn)鼓固相端軸承、螺旋固相端軸承,多次解體后發(fā)現(xiàn)除螺旋液相端軸承外,其他3個(gè)軸承及軸承軸徑處損壞嚴(yán)重。
行星齒輪減速器故障導(dǎo)致停車5次,主要原因?yàn)椋?/span>
(1)差轉(zhuǎn)速低故障跳車。
(2)螺旋扭矩高故障跳車。
解體檢查發(fā)現(xiàn)差速器損壞。液力耦合器故障1次,故障原因?yàn)檗D(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速低。
綜上所述,離心機(jī)故障率較高,已經(jīng)嚴(yán)重影響濃鹽水脫泥系統(tǒng)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行,加重了濃鹽水脫泥前、后系統(tǒng)的負(fù)荷,給整個(gè)濃鹽水系統(tǒng)帶來(lái)了極大的隱患。
3 原因分析及處理
離心機(jī)故障停車問(wèn)題主要表現(xiàn)在:
(1)堵機(jī)導(dǎo)致轉(zhuǎn)鼓軸承與螺旋軸承的轉(zhuǎn)速差為零,設(shè)備不能正常使用。
(2)離心機(jī)軸承使用不當(dāng),引起軸承溫度偏高(85~95℃),導(dǎo)致軸承損壞及振動(dòng)。
以下從這2方面出發(fā),分析導(dǎo)致故障頻發(fā)的原因及處理措施。
3.1 堵機(jī)問(wèn)題的原因及處理措施
導(dǎo)致臥式沉降離心機(jī)堵機(jī)常見(jiàn)的原因有:
(1)離心機(jī)本體設(shè)計(jì)缺陷,主要參考值為分離因數(shù)。
(2)離心機(jī)進(jìn)料量不穩(wěn)定,離心機(jī)處理不及時(shí),物料堆積。
(3)轉(zhuǎn)鼓軸承與螺旋軸承之間磨損嚴(yán)重,間隙過(guò)大導(dǎo)致物料積在轉(zhuǎn)鼓壁上不能排出。
(4)差轉(zhuǎn)速設(shè)定數(shù)值不正確等。
3.1.1 校核分離因數(shù)Fr
分離因數(shù)是離心機(jī)分離能力的主要指標(biāo),分離因數(shù)越大,物料所受的離心力越大,分離效果越好。分離因數(shù)與離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓半徑成正比,與轉(zhuǎn)鼓速度的平方也成正比,因高轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速比大半徑對(duì)分離因數(shù)的影響要大得多。因此首先要對(duì)分離因數(shù)進(jìn)行計(jì)算校核。
分離因數(shù)計(jì)算公式:Fr=rw2/g,w=2πn/60
式中:
Fr:分離因數(shù),N;
r:離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓半徑,m;
w:轉(zhuǎn)鼓的角速度,r/s;
g:重力加速度,取9.8m/s2;
n:轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速,取4000r/min。
將參數(shù)帶入計(jì)算公式,通過(guò)核算得出Fr=3200N。
常速離心機(jī)分離因數(shù)Fr小于3500N,適用于含較大顆?;蝾w粒中等或纖維狀固體懸液分離,常速離心機(jī)轉(zhuǎn)速較低,轉(zhuǎn)載容量較大,轉(zhuǎn)鼓直徑較大。根據(jù)計(jì)算,濃鹽水離心機(jī)分離因數(shù)為3200N,屬于常速離心機(jī),根據(jù)分離因數(shù)校核,該離心機(jī)本體符合設(shè)計(jì)要求。
3.1.2 物料
物料主要成分為石灰乳,由螺桿泵(流量14m3/h、壓力0.3MPa)直接進(jìn)入離心機(jī),從現(xiàn)場(chǎng)螺旋、轉(zhuǎn)鼓扭矩波動(dòng)上可以直接判斷為物料不均勻?qū)е拢菍?dǎo)致離心機(jī)跳車的主要因素之一。
3.1.3 轉(zhuǎn)鼓與螺旋間隙
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),螺旋與轉(zhuǎn)鼓間隙小于1mm,符合設(shè)計(jì)要求,這里排除螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間間隙問(wèn)題。
3.1.4 差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)
由于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械攪拌澄清池出泥含固量不穩(wěn)定,供泥泵出泥直接進(jìn)入離心機(jī),瞬間造成離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓與螺旋扭矩值波動(dòng),并且頻繁波動(dòng),不能根據(jù)差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)曲線進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié),因此會(huì)造成超扭矩跳車。
處理措施是在進(jìn)入離心機(jī)前增加調(diào)理槽,將供泥泵出泥預(yù) 行攪拌后溢流進(jìn)入離心機(jī),解決物料堆積造成超扭矩跳車問(wèn)題。
3.2 軸承頻繁損壞原因分析及處理措施
軸承損壞是導(dǎo)致設(shè)備振動(dòng)高跳車的主要原因。因此分析軸承損壞原因,并提出解決對(duì)策,進(jìn)而降低設(shè)備檢修頻次。
檢修中分析已經(jīng)損壞的軸承發(fā)現(xiàn):
(1)軸承缺潤(rùn)滑脂。
(2)軸承保支架損壞。
(3)軸承滾珠磨損。
(4)軸承內(nèi)圈磨損。
(5)軸承軸徑處磨損。
(6)軸承內(nèi)進(jìn)入介質(zhì)。
3.2.1 軸承潤(rùn)滑脂分析
離心機(jī)隨機(jī)潤(rùn)滑脂使用情況:
項(xiàng)目 | 轉(zhuǎn)鼓軸承 | 螺旋軸承 |
油號(hào) | 克魯博UH1 14-31 | 克魯博UH1 64-1302 |
頻次/數(shù)量 | 200h/30g | 200h/30g |
由于損壞軸承只有轉(zhuǎn)鼓軸承和螺旋軸承,因此只考慮轉(zhuǎn)鼓軸承與螺旋軸承使用條件,而實(shí)際轉(zhuǎn)鼓軸承及螺旋軸承添加潤(rùn)滑脂均為克魯博UH1 64-1302,并且每運(yùn)轉(zhuǎn)200h補(bǔ)一次脂,根據(jù)貝亞雷斯廠家提供油脂使用說(shuō)明,克魯博UH1 64-1302為防水低溫潤(rùn)滑脂,克魯博UH1 14-31為高溫潤(rùn)滑脂,克魯博UH1 64-1302不能代替克魯博UH1 14-31油脂加注至轉(zhuǎn)鼓軸承內(nèi),因此轉(zhuǎn)鼓軸承的油脂使用錯(cuò)誤是導(dǎo)致軸承損壞的原因之一。
處理措施:正確使用潤(rùn)滑油脂,并嚴(yán)格控制加注油脂頻次和數(shù)量。
3.2.2 螺旋固相端軸承損壞原因分析及排查
根據(jù)螺旋固相端軸承損壞情況判斷為介質(zhì)進(jìn)入軸承內(nèi)部導(dǎo)致軸承損壞,螺旋固相端軸承型號(hào)NKI85/26,實(shí)際運(yùn)行相對(duì)轉(zhuǎn)速5~35r/min,主要密封形式為雙骨架油封密封。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)每次的堵機(jī)情況看,介質(zhì)會(huì)進(jìn)入螺旋固相端軸承內(nèi)部,造成此處軸承損壞,因此必須杜絕堵機(jī)情況發(fā)生。
3.2.3 轉(zhuǎn)鼓液相端軸承損壞原因分析及排查
轉(zhuǎn)鼓液相端軸承深溝球軸承主要承受徑向載荷,同時(shí)也承受軸向載荷。當(dāng)其僅承受徑向載荷時(shí),接觸角為零。當(dāng)深溝球軸承具有較大徑向游隙時(shí),具有角接觸軸承的性能,可承受較大軸向載荷,深溝球軸承摩擦系數(shù)很小,極限轉(zhuǎn)速也很高?,F(xiàn)場(chǎng)排除軸承質(zhì)量問(wèn)題、油脂問(wèn)題、冷卻系統(tǒng)問(wèn)題的前提下,分析軸承損壞主要有以下原因。
3.2.3.1 檢修安裝不當(dāng)導(dǎo)致
在確保正確操作和規(guī)范檢修前提下,對(duì)軸承的安裝游隙、預(yù)留熱膨脹余量、內(nèi)外圈的配合性質(zhì)等進(jìn)行檢查。
3.2.3.2 軸承安裝數(shù)據(jù)檢查
大修時(shí)對(duì)檢修數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)下表:
測(cè)量點(diǎn) | 定位端 | 自由端 |
軸頸直徑 | 75.01 | 75.01 |
軸承內(nèi)孔 | 75.00 | 75.00 |
軸承座內(nèi)孔 | 160.01 | 159.97 |
軸承外徑 | 160.00 | 160.00 |
檢修過(guò)程中定位端軸承各裝配數(shù)據(jù)符合裝配要求,自由端根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)軸承座內(nèi)孔直徑偏小,軸承外圈與軸承座內(nèi)孔裝配為過(guò)盈配合。
3.2.3.3 自由端膨脹間隙檢查
滾動(dòng)軸承周向固定和徑向游隙大小是通過(guò)軸承與軸承座配合達(dá)到的。徑向游隙不僅僅關(guān)系到軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度,同時(shí)影響其壽命。軸承游隙直接影響到軸承載荷分布、振動(dòng)、噪聲、磨損、溫度和機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)精度等技術(shù)性能。軸承的額定載荷是隨著游隙的大小而變化,軸承樣本中的額定負(fù)荷就是軸承在工作游隙為零時(shí)的推薦值。過(guò)盈配合的軸承應(yīng)該通過(guò)計(jì)算選擇合理的徑向游隙。
在呼倫貝爾地區(qū)的環(huán)境條件下,由于冬季溫差較大,軸膨脹量約0.5mm,此伸縮量足以使支持軸承損壞。在設(shè)計(jì)中自由端軸承外圈選擇過(guò)渡配合,以便使轉(zhuǎn)鼓軸承在熱脹冷縮時(shí)可以相對(duì)于軸承座外圈進(jìn)行有限滑動(dòng),避免軸承受到因熱脹冷縮產(chǎn)生的軸向力作用。
基于以上計(jì)算及實(shí)際檢修測(cè)量數(shù)據(jù),兩端軸承內(nèi)圈在過(guò)盈量不足的情況下,熱態(tài)下失去過(guò)盈量,造成軸承失穩(wěn)并且離心機(jī)自由端為過(guò)盈配合,且盈量(0.03mm)較大,不能滿足軸向膨脹竄動(dòng),造成定位端軸承軸向力過(guò)大,長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)促使軸承振動(dòng)、溫度升高、保持架損壞等情況的發(fā)生。因此,造成軸承內(nèi)徑與軸過(guò)盈量不足的主要原因是離心機(jī)經(jīng)常更換軸承,在檢修時(shí)使用砂紙拋光軸徑處導(dǎo)致軸徑過(guò)盈量不足。由于缺少0.005軸徑,不便于修復(fù),故采取降低轉(zhuǎn)速,降低軸溫等措施解決目前設(shè)備出現(xiàn)的故障問(wèn)題。
處理措施:原設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)鼓電機(jī)為工頻電機(jī),轉(zhuǎn)鼓電機(jī)通過(guò)液力耦合器輸出,通過(guò)三角帶傳動(dòng)至轉(zhuǎn)鼓,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓的高速離心。原設(shè)計(jì)螺旋電機(jī)為變頻滑環(huán)電機(jī),螺旋電機(jī)通過(guò)同步齒帶傳動(dòng)至差速器(二級(jí)行星齒減速機(jī)),差速器通過(guò)花鍵軸將轉(zhuǎn)速傳動(dòng)至螺旋,實(shí)現(xiàn)螺旋的卸料。
保留原轉(zhuǎn)鼓電機(jī)和螺旋電機(jī),原轉(zhuǎn)鼓電機(jī)由工頻改為變頻控制,轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速根據(jù)工況要求來(lái)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速,控制系統(tǒng)采用雙電機(jī)雙變頻全自動(dòng)控制,轉(zhuǎn)鼓電機(jī)根據(jù)物料特性調(diào)節(jié)不同離心機(jī)工作轉(zhuǎn)速(降低離心機(jī)轉(zhuǎn)速控制軸承溫度,保障軸承過(guò)盈量以及自由端軸承膨脹量)。
轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速及差轉(zhuǎn)速均可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),差轉(zhuǎn)速根據(jù)輸渣負(fù)載變化,差轉(zhuǎn)速根據(jù)輸渣負(fù)載變化,差轉(zhuǎn)速自動(dòng)反饋調(diào)節(jié),推料功率自動(dòng)補(bǔ)償,使固渣在離心機(jī)內(nèi)不僅受離心壓力,而且在前端螺旋葉片間作雙向擠壓以保證固渣的恒定干度,使離心機(jī)不易發(fā)生堵料,保證在任意工況下均能安全可靠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)全自動(dòng)控制,保證了額定工況下使其效率處于高點(diǎn)。整個(gè)機(jī)組的開(kāi)、停設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)控制,PLC程序自動(dòng)控制,下位與上位機(jī)進(jìn)行通訊連接,通過(guò)通訊總線與DCS(遠(yuǎn)程I/O柜)實(shí)現(xiàn)雙向通訊,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與控制。
4 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,可以得出以下結(jié)論:
(1)進(jìn)料不均勻。引起離心機(jī)頻繁跳車主要的原因是物料進(jìn)料不均勻,離心機(jī)不能對(duì)突然變化的物料濃度進(jìn)行及時(shí)調(diào)整,操作人員不能遠(yuǎn)程監(jiān)控及操作離心機(jī)的運(yùn)行,只能由現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員通過(guò)手動(dòng)控制閥門控制進(jìn)料量,并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作面板調(diào)節(jié)差轉(zhuǎn)速。
(2)潤(rùn)滑脂使用不當(dāng)。軸承溫度高,油脂缺乏頻繁,軸承油脂變色且頻繁損壞,造成以上原因?yàn)檎`將螺旋潤(rùn)滑脂注入支撐軸承處,將低溫耐水潤(rùn)滑脂使用至高溫場(chǎng)合,導(dǎo)致潤(rùn)滑脂因高溫流出軸承,滿足不了兩端支持軸承使用條件。
(3)軸承裝配問(wèn)題。高速旋轉(zhuǎn)的軸承溫升較高,面對(duì)突發(fā)的各種工況其受力變化較大,在受力多變的情況下,如果軸承裝配間隙輕微的發(fā)生了變化,就會(huì)嚴(yán)重影響其使用壽命。雖然可以解決軸承裝配問(wèn)題,但解決不了多變的工況。因此,從工藝流程、操作流程入手,應(yīng)對(duì)多變的工況,改善軸承的運(yùn)行環(huán)境,才能降低軸承的損壞頻率,保障設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行。
通過(guò)對(duì)故障原因進(jìn)行全方位分析,以控制工藝流程,增加調(diào)理槽、改進(jìn)操作流程,增加雙變頻并引入DCS等措施應(yīng)對(duì)多變的工況。技術(shù)改進(jìn)后離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓軸承溫度從85~95℃降到50℃,振值從20mm/s降至7mm/s,保障了設(shè)備穩(wěn)定長(zhǎng)周期的運(yùn)行。