水下攪拌器損壞原因分析及改進(jìn)

李國(guó)盛

(佛山市新之源污水處理有限公司，廣東 佛山528000）

1 概述

我公司某污水處理廠的污泥池安裝有一臺(tái)水下攪拌器，用于污泥池的污泥攪拌。自投產(chǎn)使用以來(lái)，經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)械密封損壞的現(xiàn)象，造成攪拌器故障，影響了污水處理生產(chǎn)的正常運(yùn)行。為此，分析導(dǎo)致攪拌器機(jī)械密封損壞的原因，并通過(guò)技術(shù)改造，徹底解決這一問(wèn)題。

2 故障情況

起吊攪拌器并對(duì)其進(jìn)行拆卸，通過(guò)對(duì)攪拌器機(jī)械密封進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)靜環(huán)密封面上有幾處較大的缺口，動(dòng)靜環(huán)密封表面均有深淺不一的溝槽。從機(jī)封結(jié)構(gòu)上來(lái)看，靜環(huán)座與密封腔之間沒(méi)有止口定位結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)靜環(huán)座和軸套的同心度主要靠人工手動(dòng)調(diào)整。對(duì)攪拌器進(jìn)行對(duì)中復(fù)查，并對(duì)電機(jī)單試，發(fā)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，并無(wú)明顯振動(dòng)。同時(shí)，每次機(jī)封檢修時(shí)都會(huì)看到動(dòng)靜環(huán)的磨損非常嚴(yán)重，動(dòng)環(huán)承磨臺(tái)被磨平，靜環(huán)碎裂成幾塊，機(jī)封處軸套受靜環(huán)碎塊的摩擦被磨穿，機(jī)封處軸擺動(dòng)量目測(cè)值在3-5mm。減速箱處軸套向著葉輪側(cè)內(nèi)孔端口處存在寬約8mm、深約0.5mm 的磨損痕跡。

改造前攪拌器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

3 原因分析

3.1 攪拌器振動(dòng)較大

由于攪拌器安裝在垂直的導(dǎo)桿上，由于導(dǎo)桿較長(zhǎng)，材料剛度亦不夠，引起了共振。攪拌器振動(dòng)較大，使減速箱處軸套與攪拌軸之間出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致攪拌軸出現(xiàn)擺動(dòng)。減速箱兩支撐軸承距離太近，軸套太短，攪拌軸懸臂太長(zhǎng)，攪拌軸撓度較大，隨著攪拌器的運(yùn)行，攪拌軸與軸套之間的磨損進(jìn)一步加大，導(dǎo)致攪拌軸擺動(dòng)量逐漸增大，過(guò)大的擺動(dòng)量進(jìn)一步導(dǎo)致整臺(tái)攪拌器的振動(dòng)也越來(lái)越大，反之，攪拌器的振動(dòng)又加劇了減速箱軸套與攪拌軸的磨損，從而進(jìn)一步促使擺動(dòng)量的增大，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致機(jī)械密封頻繁損壞泄漏。

3.2 機(jī)封組件設(shè)計(jì)存在不足

攪拌器機(jī)械密封組件簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2 。

3.2.1 機(jī)封摩擦副材料不合理

原機(jī)封摩擦副為碳石墨一碳化硅材質(zhì)，屬軟一硬配合，因工作介質(zhì)含細(xì)微砂粒，容易導(dǎo)致動(dòng)環(huán)磨損，從而使機(jī)械密封失效泄漏。

3.2.2 靜環(huán)與機(jī)封處軸套間隙過(guò)小

由于靜環(huán)座在安裝時(shí)與密封腔之間沒(méi)有定位結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)靜環(huán)與軸套的同心度完全依靠檢修人員的判斷，靜環(huán)與軸套之間單邊間隙僅為0.5mm，因此，靜環(huán)座的安裝誤差加上攪拌器過(guò)大的軸擺動(dòng)，靜環(huán)很容易與軸套摩擦被擠壓碎裂，從而導(dǎo)致機(jī)械密封失效泄漏。

3.2.3 靜環(huán)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷

在圖2 攪拌器機(jī)械密封組件簡(jiǎn)圖中，定位卡環(huán)有兩個(gè)作用，一是安裝時(shí)控制補(bǔ)償環(huán)波紋管的壓縮量；二是對(duì)安裝時(shí)靜環(huán)和攪拌軸軸套的同心度有一定的輔助定位作用，但是并不能從根本上保證同心度。實(shí)際操作中，憑維修人員的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)水平保證有一定的偶然性。因此，安裝誤差及攪拌軸的跳動(dòng)容易導(dǎo)致摩擦碰撞。

4 技術(shù)改造

4.1 導(dǎo)桿剛度

對(duì)導(dǎo)桿進(jìn)行加強(qiáng)剛度處理，燒焊加強(qiáng)筋，增加壁厚，因?qū)U是空心管，所以采取往其澆灌環(huán)氧樹(shù)脂與水泥混合物，待硬化達(dá)到強(qiáng)度時(shí)使用。

4.2 靜環(huán)尺寸

靜環(huán)設(shè)計(jì)內(nèi)徑為67mm，配合的軸套外徑為66mm，兩者之間的間隙單邊為0.5mm。針對(duì)攪拌器運(yùn)行過(guò)程中攪拌軸擺動(dòng)量過(guò)大易擠壓靜環(huán)造成其碎裂的問(wèn)題，將靜環(huán)內(nèi)徑增大為68mm，使兩者的間隙單邊增大為1.0 mm，從而增加靜環(huán)緩解攪拌軸擺動(dòng)的能力，進(jìn)而避免攪拌軸擺動(dòng)時(shí)對(duì)靜環(huán)的擠壓。

4.3 動(dòng)靜環(huán)材料

原靜環(huán)材料為碳化硅，其抗沖擊韌性很差，脆性大，在攪拌軸的擠壓下很容易碎裂。針對(duì)這種情況，將靜環(huán)材料改為含鈷量較大的碳化物硬質(zhì)合金，在一定程度上提高了靜環(huán)的抗擊沖韌性。原動(dòng)環(huán)材料為碳一石墨環(huán)，因介質(zhì)含細(xì)小顆粒，動(dòng)環(huán)磨損嚴(yán)重，故改為碳化鎢硬質(zhì)合金，機(jī)封由軟一硬配合改為硬一硬配合。

4.4 靜環(huán)座止口定位

靜環(huán)座與軸套的同心度靠定位卡環(huán)調(diào)節(jié)，定位卡環(huán)起兩個(gè)作用：①安裝時(shí)預(yù)設(shè)波紋管的壓縮量；②安裝時(shí)通過(guò)它與鎖緊環(huán)及靜環(huán)座的相對(duì)位置來(lái)判斷靜環(huán)座與軸是否同心，當(dāng)機(jī)械密封組件安裝完畢后，將其取出。對(duì)靜環(huán)座的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，增加了凸臺(tái)止口定位結(jié)構(gòu)，密封腔殼體內(nèi)壁與靜環(huán)座止口間隙單邊為0.05mm，靜環(huán)座密封墊要用"O"形環(huán)，直徑3mm，改造后靜環(huán)座見(jiàn)圖3 。

4.5 加長(zhǎng)軸套以降低撓度

軸套端部?jī)?nèi)徑由55 mm 擴(kuò)大為77mm，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝空間，測(cè)量確定新軸套的長(zhǎng)度和其他尺寸，所用材料為45# 鋼，并將其與原軸套配合安裝在一起，使其成為一個(gè)整體，從而降低攪拌軸的撓度，如圖4。兩軸套配合處采用過(guò)盈配合，過(guò)盈量為0.05mm，熱套安裝，并在新軸套與舊軸套端面連接處沿圓周點(diǎn)焊4 點(diǎn)以加大連接強(qiáng)度。新軸套端部沿圓周加工3 個(gè)螺紋孔（均布），安裝時(shí)用3 顆M14 的頂絲把軸與新軸套鎖緊，鎖緊軸套時(shí)，要打表測(cè)量，保證軸套與軸的同心度，軸套鎖緊后，3 顆頂絲分別用螺母鎖緊，防止運(yùn)行中頂絲脫落。

由圖1 可見(jiàn)，止推板和中心螺釘是用來(lái)限制攪拌軸向著葉輪方向軸向竄動(dòng)的，而止推環(huán)是用來(lái)限制攪拌軸沿背離葉輪方向軸向竄動(dòng)的。由于新軸套的安裝導(dǎo)致原來(lái)限制攪拌軸竄動(dòng)的止推環(huán)無(wú)法安裝。針對(duì)此情況，對(duì)止推板進(jìn)行了改造將其外徑由原來(lái)的8 0mm增至9 6mm，重新加工新止推板，原中心孔不動(dòng)，在7 6 m m 圓周上新增加了均勻分布的4 個(gè)孔，孔徑為9 mm，原中心位置螺釘仍然不變，另外用4 顆M8 的螺釘將止推板沿圓周新加工的4 個(gè)孔固定在原軸套上，從而限制了攪拌軸的反向竄動(dòng)。

結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，污泥池水下攪拌器經(jīng)過(guò)以上技術(shù)改造后，自2009 年至今運(yùn)行正常，徹底消除了攪拌器的振動(dòng)和攪拌軸的運(yùn)行跳動(dòng)，機(jī)械密封再未出現(xiàn)非正常損壞及泄漏，使用壽命大大加長(zhǎng)。因此，污泥池水下攪拌器的技術(shù)改造取得成功，效果理想，保證了污水處理生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

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