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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（簡稱離心機）由意大利貝亞雷斯集團設(shè)計和生產(chǎn)，型號FP600 2RS/M，為環(huán)保裝置重要的固液分離設(shè)備，其主要作用是將機械攪拌澄清池底沉淀的污泥進行固液分離（污泥主要成分是石灰乳等）?；玖鞒虨椋郝輻U泵吸入機械攪拌澄清池底部的污泥，并加壓至0.3MPa，輸送至離心機，經(jīng)離心機高速離心、卸料，實現(xiàn)固液相分離。離心機出泥口設(shè)計專用的刮泥裝置，及時將固相物料清理，設(shè)備設(shè)計參數(shù)見下表：

設(shè)備在啟動前開啟轉(zhuǎn)鼓沖洗水，運行至額定轉(zhuǎn)速后切換物料投入運行，軸承無冷卻方案，軸承運行時正常溫度在60～70℃，工況運行轉(zhuǎn)速4000r/min。

2 存在的問題

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)備運行周期變長，啟停次數(shù)頻繁，設(shè)備故障率逐漸增加，設(shè)備連續(xù)運行不到1個月就要被迫停機進行檢修，主要問題表現(xiàn)為：

（1）離心機整體振動值偏高（22～32mm/s）。

（2）主軸承溫度較高（85～95℃），潤滑脂變質(zhì)。

（3）物料堵塞在轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間，盤車卡澀，設(shè)備運行跳車。

（4）差速器故障。

（5）電機故障頻繁。

2015年至2018年5月（共計41個月）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。

離心機本體軸承共計4個，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，主要原因為：

（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，故障原因為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速低。

綜上所述，離心機故障率較高，已經(jīng)嚴(yán)重影響濃鹽水脫泥系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行，加重了濃鹽水脫泥前、后系統(tǒng)的負(fù)荷，給整個濃鹽水系統(tǒng)帶來了極大的隱患。

3 原因分析及處理

離心機故障停車問題主要表現(xiàn)在：

（1）堵機導(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。

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 堵機問題的原因及處理措施

導(dǎo)致臥式沉降離心機堵機常見的原因有：

（1）離心機本體設(shè)計缺陷，主要參考值為分離因數(shù)。

（2）離心機進料量不穩(wěn)定，離心機處理不及時，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)速比大半徑對分離因數(shù)的影響要大得多。因此首先要對分離因數(shù)進行計算校核。

分離因數(shù)計算公式：Fr=rw2/g，w=2πn/60

式中：

Fr：分離因數(shù)，N；

r：離心機轉(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)帶入計算公式，通過核算得出Fr=3200N。

常速離心機分離因數(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，常速離心機轉(zhuǎn)速較低，轉(zhuǎn)載容量較大，轉(zhuǎn)鼓直徑較大。根據(jù)計算，濃鹽水離心機分離因數(shù)為3200N，屬于常速離心機，根據(jù)分離因數(shù)校核，該離心機本體符合設(shè)計要求。

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）直接進入離心機，從現(xiàn)場螺旋、轉(zhuǎn)鼓扭矩波動上可以直接判斷為物料不均勻?qū)е?，是?dǎo)致離心機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)場實測，螺旋與轉(zhuǎn)鼓間隙小于1mm，符合設(shè)計要求，這里排除螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間間隙問題。

3.1.4 差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

由于現(xiàn)場機械攪拌澄清池出泥含固量不穩(wěn)定，供泥泵出泥直接進入離心機，瞬間造成離心機轉(zhuǎn)鼓與螺旋扭矩值波動，并且頻繁波動，不能根據(jù)差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)曲線進行及時調(diào)節(jié)，因此會造成超扭矩跳車。

處理措施是在進入離心機前增加調(diào)理槽，將供泥泵出泥預(yù) 行攪拌后溢流進入離心機，解決物料堆積造成超扭矩跳車問題。

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)備振動高跳車的主要原因。因此分析軸承損壞原因，并提出解決對策，進而降低設(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)進入介質(zhì)。

3.2.1 軸承潤滑脂分析

離心機隨機潤滑脂使用情況：

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，而實際轉(zhuǎn)鼓軸承及螺旋軸承添加潤滑脂均為克魯博UH1 64-1302，并且每運轉(zhuǎn)200h補一次脂，根據(jù)貝亞雷斯廠家提供油脂使用說明，克魯博UH1 64-1302為防水低溫潤滑脂，克魯博UH1 14-31為高溫潤滑脂，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誤是導(dǎo)致軸承損壞的原因之一。

處理措施：正確使用潤滑油脂，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)進入軸承內(nèi)部導(dǎo)致軸承損壞，螺旋固相端軸承型號NKI85/26，實際運行相對轉(zhuǎn)速5～35r/min，主要密封形式為雙骨架油封密封。根據(jù)現(xiàn)場每次的堵機情況看，介質(zhì)會進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，同時也承受軸向載荷。當(dāng)其僅承受徑向載荷時，接觸角為零。當(dāng)深溝球軸承具有較大徑向游隙時，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)場排除軸承質(zhì)量問題、油脂問題、冷卻系統(tǒng)問題的前提下，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)等進行檢查。

3.2.3.2 軸承安裝數(shù)據(jù)檢查

大修時對檢修數(shù)據(jù)進行分析，測量數(shù)據(jù)見下表：

檢修過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)場實測軸承座內(nèi)孔直徑偏小，軸承外圈與軸承座內(nèi)孔裝配為過盈配合。

3.2.3.3 自由端膨脹間隙檢查

滾動軸承周向固定和徑向游隙大小是通過軸承與軸承座配合達到的。徑向游隙不僅僅關(guān)系到軸承的運轉(zhuǎn)精度，同時影響其壽命。軸承游隙直接影響到軸承載荷分布、振動、噪聲、磨損、溫度和機械運轉(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的推薦值。過盈配合的軸承應(yīng)該通過計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)計中自由端軸承外圈選擇過渡配合，以便使轉(zhuǎn)鼓軸承在熱脹冷縮時可以相對于軸承座外圈進行有限滑動，避免軸承受到因熱脹冷縮產(chǎn)生的軸向力作用。

基于以上計算及實際檢修測量數(shù)據(jù)，兩端軸承內(nèi)圈在過盈量不足的情況下，熱態(tài)下失去過盈量，造成軸承失穩(wěn)并且離心機自由端為過盈配合，且盈量（0.03mm）較大，不能滿足軸向膨脹竄動，造成定位端軸承軸向力過大，長時間運轉(zhuǎn)促使軸承振動、溫度升高、保持架損壞等情況的發(fā)生。因此，造成軸承內(nèi)徑與軸過盈量不足的主要原因是離心機經(jīng)常更換軸承，在檢修時使用砂紙拋光軸徑處導(dǎo)致軸徑過盈量不足。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)的故障問題。

處理措施：原設(shè)計轉(zhuǎn)鼓電機為工頻電機，轉(zhuǎn)鼓電機通過液力耦合器輸出，通過三角帶傳動至轉(zhuǎn)鼓，實現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓的高速離心。原設(shè)計螺旋電機為變頻滑環(huán)電機，螺旋電機通過同步齒帶傳動至差速器（二級行星齒減速機），差速器通過花鍵軸將轉(zhuǎn)速傳動至螺旋，實現(xiàn)螺旋的卸料。

保留原轉(zhuǎn)鼓電機和螺旋電機，原轉(zhuǎn)鼓電機由工頻改為變頻控制，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速根據(jù)工況要求來調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，控制系統(tǒng)采用雙電機雙變頻全自動控制，轉(zhuǎn)鼓電機根據(jù)物料特性調(diào)節(jié)不同離心機工作轉(zhuǎn)速（降低離心機轉(zhuǎn)速控制軸承溫度，保障軸承過盈量以及自由端軸承膨脹量）。

轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速及差轉(zhuǎn)速均可無級調(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)速自動反饋調(diào)節(jié)，推料功率自動補償，使固渣在離心機內(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)定運行，同時全自動控制，保證了額定工況下使其效率處于高點。整個機組的開、停設(shè)有手動和自動控制，PLC程序自動控制，下位與上位機進行通訊連接，通過通訊總線與DCS（遠(yuǎn)程I/O柜）實現(xiàn)雙向通訊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與控制。

4 結(jié)束語

綜上所述，可以得出以下結(jié)論：

（1）進料不均勻。引起離心機頻繁跳車主要的原因是物料進料不均勻，離心機不能對突然變化的物料濃度進行及時調(diào)整，操作人員不能遠(yuǎn)程監(jiān)控及操作離心機的運行，只能由現(xiàn)場巡檢人員通過手動控制閥門控制進料量，并通過現(xiàn)場操作面板調(diào)節(jié)差轉(zhuǎn)速。

（2）潤滑脂使用不當(dāng)。軸承溫度高，油脂缺乏頻繁，軸承油脂變色且頻繁損壞，造成以上原因為誤將螺旋潤滑脂注入支撐軸承處，將低溫耐水潤滑脂使用至高溫場合，導(dǎo)致潤滑脂因高溫流出軸承，滿足不了兩端支持軸承使用條件。

（3）軸承裝配問題。高速旋轉(zhuǎn)的軸承溫升較高，面對突發(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，就會嚴(yán)重影響其使用壽命。雖然可以解決軸承裝配問題，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)對多變的工況，改善軸承的運行環(huán)境，才能降低軸承的損壞頻率，保障設(shè)備長周期運行。

通過對故障原因進行全方位分析，以控制工藝流程，增加調(diào)理槽、改進操作流程，增加雙變頻并引入DCS等措施應(yīng)對多變的工況。技術(shù)改進后離心機轉(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)定長周期的運行。