鈾轉化工序管鏈機故障分析與研究

鄭 剛

（中核四〇四有限公司，甘肅蘭州 732850）

0 引言

管道鏈式輸送系統(tǒng)簡稱管鏈機，鈾轉化工序管鏈機的穩(wěn)定運行直接影響整個生產線的連續(xù)穩(wěn)定性。管鏈機一旦出現故障，將直接影響氫氟化工序至氟化工序的連續(xù)運行。目前，中核四〇四有限公司（以下簡稱“公司”）鈾純化轉化生產工藝中，所使用的物料輸送系統(tǒng)主要有螺旋輸送器、氣力輸送系統(tǒng)和管鏈機輸送系統(tǒng)。螺旋輸送器雖然具有密閉性好等特點，但是由于是短距離輸送物料，無法實現三維空間內任意路線的輸送，存在著輸送能力低、螺旋輸送軸磨損嚴重、可修復性差等缺點，再加上廢舊的螺旋軸造成公司放射性廢物增加，進一步增加了處理成本。相比之下，氣力輸送裝置輸送效率高、設備結構簡單，輸送管線布置的可選擇性大，但存在能耗高、尾氣產生量大，造成放射性尾氣處理工藝復雜、成本高，并且對所屬送物料的可流動性、其他影響濕度的雜質要求高，管道容易堵塞，存在物料大量外泄的隱患。

在公司氫氟化工序至氟化工序的固體粉末物料輸送過程中，使用管鏈機輸送系統(tǒng)來實現不同廠房之間的物料輸送，但在運行初期，系統(tǒng)故障率較高，直接影響到整個生產線的連續(xù)穩(wěn)定性。下面主要對管鏈機故障類型進行分析和結構優(yōu)化改進，達到系統(tǒng)穩(wěn)定運行的目標。

1 管鏈機的工作原理和特點

1.1 工作原理

管鏈機主要由管道、鏈條、驅動電機等部分組成，主要輸送含有部分氫氟酸的、黏度較高的粉末狀四氟化鈾物料。運行過程中，在內部鏈條上每隔一節(jié)裝有一個推料的刮板，當啟動驅動電機后，鏈條開始隨著驅動輪的轉動，輸送管道內的鏈條向前移動，同時鏈條上的刮板將進入輸送管道內的物料向前推動，當推料刮板將物料推到輸送管道出口時，物料隨即從下料口落下，而推料刮板繼續(xù)隨著鏈條向前移動，直至繞過驅動輪經返回管道向后移動，最后繞過后端從動輪進一步進入輸送管道進行推料。整個過程實現了密閉性內循環(huán)的物料輸送目的。

1.2 工作特點

（1）密閉輸送，環(huán)保清潔。管鏈機是密閉式輸送系統(tǒng)，被輸送的物料從進口到出口，整個過程始終處在密閉空間內，出口無需增設除塵裝置。物料輸送中沒有粉塵泄漏到周圍環(huán)境中，滿足放射性物料輸送的環(huán)保防護要求。

（2）任意空間，多維分布，結構緊湊。由于是通過鏈條沿著管道移動，所以可以實現水平、傾斜、豎直和彎曲等進行組合。整個系統(tǒng)可以實現三維空間內任意方向的物料輸送能力。

（3）安全可靠，輸送能力大。管鏈機是純機械設備輸送系統(tǒng)，牽引力大，重裝系數高，物料輸送能力達，輸送距離遠，單臺水平輸送距離和垂直輸送距離可實現遠距離輸送。

（4）結構簡單，便于操作。管鏈機輸送過程中，整個系統(tǒng)屬于平壓，同時安裝有觀察孔、檢修孔、掏料孔，可以直接觀察物料在管道內的輸送情況。設備維護簡單，清掃與清潔裝置保證物料達到防護標準。

2 故障分析

管鏈機驅動軸主要分為主動軸和從動軸兩部分。主動軸直接安裝于減速機軸孔內，主要采用FAF97 系列平行軸減速機驅動，主動鏈輪通過鍵連接安裝于主動軸上，主動軸另一側采用端蓋固定，切軸端安裝直徑為20 mm。從動軸采用兩端支撐，整個從動部分固定在活動機架上，便于調節(jié)整個鏈條在轉動過程中的松緊程度。

管鏈機驅動軸斷裂現象主要有兩種：①主動軸軸端固定軸承內軸斷裂，造成機箱側邊軸端固定軸承失效，鏈輪發(fā)生撓度變形，進一步引起鏈輪擺動，最終導致鏈條故障；②主動軸與主動輪裝配處鏈輪內軸斷裂，直接造成鏈輪掉落，與整個驅動單元脫離，造成管鏈機故障。

2.1 驅動軸斷裂原因分析

（1）驅動軸設計及質量缺陷。目前，鈾轉化工序使用的管鏈機主要為1#、2#、3#、4#和5#，其驅動軸與減速機裝配直徑在60～70 mm。在現場實際使用過程中，5 條管鏈機的長度均不相同，輸送物料量也時刻在動態(tài)變化，鏈條在運行過程中整個零部件存在瞬時應力集中現象。由于鏈輪與軸的配合處驅動軸直徑為30 mm，存在設計過程中只考慮系統(tǒng)的凈負載計算、忽略瞬時負載應力集中現象，可能造成自身強度不夠。

（2）疲勞斷裂。在連續(xù)、長期的運行過程中，鏈條收到相對穩(wěn)定的運動載荷作用，盡管這種運動載荷比鏈條受到的瞬時集中載荷是的沖擊力量小得多，但周而復始地承受這種交變載荷的作用，同時物料內的氫氟酸等腐蝕性介質對軸造成腐蝕性損壞，導致自身強度下降而引起軸的疲勞斷裂。

（3）負載過大。鏈條張力過大同樣可以引起驅動軸斷裂，常見的有兩種情況：①鏈條調節(jié)過緊，增大了鏈條的初張力，進一步造成兩端驅動軸的徑向剪切力過大，而在管鏈機運行時驅動軸還要受到整個鏈條傳遞的扭矩力，同樣容易出現鏈條卡頓的情況，一旦鏈條卡頓、裝置毫無緩沖余地，極易造成整個系統(tǒng)瞬時能量集中在驅動軸各個連接處引起驅動軸斷裂；②管鏈機在滿載或超載的情況下頻繁啟停，如果超過了驅動軸的極限強度值，也容易造成斷軸。

2.2 鏈條故障分析

管鏈機在運行過程中鏈條故障主要以鏈條斷裂和刮板掉落為主。

（1）銷釘斷裂。管鏈機的啟動順序必須是先開機空轉2～5 r后才可開啟進料閥，如果順序顛倒，會造成物料在進料口瞬時堆積，鏈條瞬時張力過大或使得鏈條超負載運行而導致板鏈連接軸銷斷裂。

（2）軸銷滑出，鏈條斷鏈。管鏈機刮板與刮板之間的連接軸銷的軸向防脫卡是普通開口銷定。在運行過程中，受物料內的腐蝕性雜質的影響，造成開口銷腐蝕后脫落，隨著鏈條的運動軸銷逐漸從銷孔中滑出，引起鏈條斷鏈。

（3）刮板掉落，鏈條斷鏈。目前管鏈機所用的刮板結構形式為兩半對扣并通過一個M6 的加長螺桿連接，在連續(xù)運行過程中，受腐蝕性雜質的影響螺栓逐步被腐蝕，刮板開始松動，最終導致螺桿斷裂、刮板脫落、鏈條斷鏈。

3 優(yōu)化與改進措施

（1）嚴格保證零部件自身設計強度。按照輸送物料的特點，適當放大理論負載，將驅動軸軸徑根據現場條件適當放大1.5倍，保證驅動軸的自身強度。

（2）重新設計刮板結構形式。為了消除刮板緊固螺栓失效后的刮板脫落現象，將原有的兩半對扣式刮板設計為整體式板鏈穿透結構，并將刮板與板鏈焊接為一體，可完全實現目的。

（3）重新設計軸銷結構形式?？紤]到開口銷失效后，銷釘從板鏈中滑出。將現有連接銷形式改為螺紋緊固防脫，并在螺母與板條之間增加防脫彈簧墊，實現了完全防脫的目標。

（4）防止鏈條過松或過緊。管鏈機開機后，打開尾箱蓋，查看鏈條在運行過程中的松緊狀態(tài)，通過機尾彈簧調節(jié)緩沖器進行調節(jié)，避免鏈條松弛造成“潰鏈”現象或張力過大造成的鏈條運行阻力增加。

4 結論

管鏈機作為氫氟化工序至氟化工序的物料傳輸裝置。必須保證自身零部件的強度和合理的結構特點，才能有效保證設備的穩(wěn)定運行，避免系統(tǒng)故障。

本文對管鏈機常見的幾種故障進行統(tǒng)計和原因分析，尤其是對設備本身結構的重新優(yōu)化改進，完全達到了保證管鏈機穩(wěn)定運行的目的。生產線5 條管鏈機自改進更換后至今（約2 年）的運行時間，未發(fā)生驅動軸斷裂和鏈條斷鏈等故障現象，因此，有效保障了整個鈾轉化工序的連續(xù)穩(wěn)定運行。