卸船機(jī)料斗抑塵噴淋供水系統(tǒng)故障分析及改造

黃仕濤

江蘇利電能源集團(tuán) 江陰 214444

0 引言

卸船機(jī)料斗噴淋系統(tǒng)主要為解決一期和三期卸船機(jī)卸料時(shí)粉塵飛揚(yáng)造成的環(huán)境污染而設(shè)置的水霧抑塵系統(tǒng)，其主要組成包括外網(wǎng)管道供水系統(tǒng)、水纜卷盤供水系統(tǒng)和料斗抑塵噴淋系統(tǒng)。其中，水纜卷盤供水系統(tǒng)主要包括卷盤、減速器和電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)數(shù)限位開關(guān)、水纜及導(dǎo)纜架等設(shè)備。

工作時(shí)先由棧橋外網(wǎng)管道通過水纜卷盤及內(nèi)網(wǎng)管道給噴淋水箱供水，然后由料斗層離心泵通過控制閥門供給高壓噴嘴噴射霧狀水珠，形成水幕阻止粉塵外揚(yáng)。

水纜卷盤供水系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)故障，影響料斗噴淋的正常投用以及卸船機(jī)的移動(dòng)作業(yè)。為此，通過技術(shù)改造將水纜卷盤供水系統(tǒng)改為水槽自吸泵供水系統(tǒng)，提高設(shè)備的可靠性。

1 系統(tǒng)原理

1.1 一期卸船機(jī)供水

一期2臺(tái)卸船機(jī)為20世紀(jì)90年代意大利生產(chǎn)，分別為1號(hào)和2號(hào)，其水纜卷盤供水系統(tǒng)中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所用的減速器為蝸輪蝸桿減速器，采用齒輪油液體潤(rùn)滑。由電動(dòng)機(jī)將動(dòng)力傳至減速器蝸桿，經(jīng)減速后，將放大后的力矩通過蝸輪兩側(cè)的摩擦盤傳遞給水纜卷盤。

水纜卷盤工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)始終向收纜方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)卸船機(jī)遠(yuǎn)離供水點(diǎn)方向行走時(shí)，通過對(duì)水纜拖拽克服摩擦盤與蝸輪間摩擦，使蝸輪與摩擦盤之間產(chǎn)生滑移，把卷盤上的水纜放出。當(dāng)卸船機(jī)回行時(shí)，對(duì)水纜拖拽力消除，靠摩擦盤與蝸輪間摩擦力矩的作用，水纜卷盤朝卷取方向旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行收纜。當(dāng)卸船機(jī)停止行走時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，靠蝸輪蝸桿自鎖特性，鎖住水纜卷盤。水纜減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 水纜減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2 三期卸船機(jī)供水

三期2臺(tái)卸船機(jī)為2006年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，分別為3號(hào)和4號(hào)，其噴淋供水采用水纜拖鏈供水系統(tǒng)。后因拖鏈經(jīng)常損壞、維護(hù)成本高，2014年拖鏈改造時(shí)，將水纜拖鏈供水系統(tǒng)改造為磁滯式水纜卷盤供水系統(tǒng)。其供水系統(tǒng)傳動(dòng)為磁滯聯(lián)軸器、行星減速器、圓錐減速器組合形式，采用干油油脂潤(rùn)滑。由電動(dòng)機(jī)通過磁滯聯(lián)軸器的磁耦合將動(dòng)力傳至減速器輸入軸，經(jīng)行星減速器、圓錐減速器減速后，將放大后的力矩傳遞給水纜卷盤。

水纜卷盤工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)始終向收纜方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)卸船機(jī)遠(yuǎn)離供水點(diǎn)方向行走時(shí)，通過對(duì)水纜拖拽克服磁滯聯(lián)軸器的磁場(chǎng)扭矩，使磁盤與感應(yīng)盤之間產(chǎn)生滑差，把卷盤上的水纜放出。由于磁耦合的存在，磁滯聯(lián)軸器的磁場(chǎng)扭矩將始終保持水纜張緊狀態(tài)[1]。當(dāng)卸船機(jī)回行時(shí)，對(duì)水纜拖拽力消除，在磁滯聯(lián)軸器的磁場(chǎng)扭矩作用下，水纜卷盤朝卷取方向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行收纜。當(dāng)卸船機(jī)停止行走時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，靠電動(dòng)機(jī)輸出軸上的單向軸承，鎖住水纜卷盤，防止水纜松弛下溜。磁滯式水纜卷盤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖2所示。

圖2 磁滯式水纜卷盤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

2 常見故障

2.1 一期卸船機(jī)供水系統(tǒng)

一期2臺(tái)卸船機(jī)運(yùn)行中水纜卷盤供水系統(tǒng)常出現(xiàn)減速器蝸輪兩側(cè)摩擦面磨損，摩擦傳遞力矩不足引起卷盤水纜下溜。與蝸桿嚙合的蝸輪傳動(dòng)輪齒磨損，蝸桿下端軸承損壞，傳動(dòng)阻力增大，引起電源開關(guān)常跳，水纜拉斷等故障。一期卸船機(jī)供水系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 一期卸船機(jī)供水系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計(jì)表

2.2 三期卸船機(jī)供水系統(tǒng)

三期2臺(tái)卸船機(jī)運(yùn)行中噴淋供水系統(tǒng)常出現(xiàn)卷盤水纜下溜、磁滯聯(lián)軸器軸承損壞卡死，行星減速器軸承損壞、圓錐減速器輪齒損壞，電源開關(guān)常跳，水纜拉斷等故障。三期卸船機(jī)供水系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計(jì)，如表2所示。

表2 三期卸船機(jī)供水系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計(jì)表

3 故障分析

3.1 一期卸船機(jī)供水系統(tǒng)故障分析

3.1.1 卷盤水纜下溜

當(dāng)卸船機(jī)遠(yuǎn)離供水點(diǎn)方向行走時(shí)，水纜受卸船機(jī)的拖拽而向下放纜，此時(shí)電動(dòng)機(jī)仍按收纜方向旋轉(zhuǎn)，水纜始終處于張緊狀態(tài)。此時(shí)，蝸輪與摩擦盤之間產(chǎn)生相對(duì)滑移量要比卷盤電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)行走滑移量多一倍，導(dǎo)致摩擦面磨損加劇。蝸輪材料為錫青銅，比40Cr材料的摩擦盤更容易磨損。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，蝸輪兩側(cè)摩擦面的阿基米德螺旋溝槽被磨損，摩擦副接觸面摩擦系數(shù)降低，摩擦力矩減少，當(dāng)卸船機(jī)回行收纜時(shí)，出現(xiàn)摩擦副相對(duì)滑移，水纜回收速度跟不上大車行走速度，表現(xiàn)水纜松弛、水纜松弛限位動(dòng)作，水纜故障報(bào)警。此時(shí)雖可通過順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)盤壓緊磨擦副側(cè)彈簧，增加彈簧作用力來增大摩擦力矩，消除卷盤水纜下溜現(xiàn)象。但由于蝸輪側(cè)面的溝槽磨損增加，摩擦面溝槽內(nèi)潤(rùn)滑油減少，放纜滑差時(shí)磨損加劇，導(dǎo)致摩擦系數(shù)進(jìn)一步減少，彈簧伸長(zhǎng)，摩擦傳遞力矩減少而再次出現(xiàn)下溜現(xiàn)象。

3.1.2 蝸桿下端軸承損壞

由于減速器運(yùn)行過程中，蝸輪磨損產(chǎn)生的大量錫青銅粉末混于齒輪油中，最終沉積在減速器最低位螺桿下端軸承座處，導(dǎo)致軸承磨損、保持架損壞、出現(xiàn)傳動(dòng)卡澀故障。

3.1.3 水纜拉斷

水纜卷盤的力矩需要經(jīng)常調(diào)整，但輸出扭矩不宜過高。在調(diào)整摩擦盤壓緊彈簧時(shí)，彈簧壓縮量過大后會(huì)導(dǎo)致摩擦傳遞扭矩過大，放纜時(shí)，摩擦副不能產(chǎn)生相對(duì)滑差，水纜易被卸船機(jī)拖拽拉斷。另外，冬季執(zhí)行防凍措施排空水纜中水后，水纜膠管管內(nèi)無水壓支撐，水纜抗拉強(qiáng)度降低，運(yùn)行時(shí)也容易出現(xiàn)被拉傷、拉斷現(xiàn)象。

3.2 三期卸船機(jī)供水系統(tǒng)故障分析

3.2.1 卷盤水纜松弛下溜

1）單向軸承損壞 單向軸承的作用是在設(shè)備斷電的情況下，磁滯聯(lián)軸器的支撐力矩作用在單向軸承上[2]，防止水纜松纜。卸船機(jī)大車行走時(shí)，水纜卷盤電動(dòng)機(jī)始終向收纜方向旋轉(zhuǎn)，水纜收緊。當(dāng)卸船機(jī)行走結(jié)束停止移動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，單向軸承起逆止作用，一旦單向軸承損壞，逆止作用失效不能自鎖，水纜在自重作用下自動(dòng)放開，出現(xiàn)下溜。

2）當(dāng)行星減速器軸承損壞或圓錐減速器軸承卡澀時(shí)，收纜所需的卷取力矩增大，磁滯聯(lián)軸器的磁場(chǎng)力矩不足以克服附加阻力矩時(shí)，出現(xiàn)收纜速度跟不上大車行走速度，導(dǎo)致水纜松弛。

3.2.2 磁滯聯(lián)軸器軸承損壞卡死

磁滯聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部軸承多為6206深溝球軸承，較為單薄且無法加油潤(rùn)滑（無加油嘴且無法加裝）。放纜時(shí)，磁滯滑差能耗使得聯(lián)軸器溫升較高，軸承內(nèi)部油膜干涸，軸承磨損加劇，最終導(dǎo)致軸承保持架損壞，軸承卡死。

3.2.3 齒輪箱損壞

行星減速器制造及裝配精度差，軸承過載系數(shù)小，極易損壞，輸出軸易彎曲變形。圓錐減速器制造精度差，輪齒硬度低。當(dāng)磁滯聯(lián)軸器或行星減速器軸承損壞時(shí)，卸船機(jī)遠(yuǎn)離供水點(diǎn)方向行走而拖拽水纜，將旋轉(zhuǎn)力矩傳至圓錐齒輪副，由于傳動(dòng)端軸承損壞卡死不能轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)端受水纜的拖拽導(dǎo)致齒輪副堵轉(zhuǎn)，圓錐齒輪副嚙合面擠壓損壞。

3.2.4 電源開關(guān)跳閘

磁滯聯(lián)軸器軸承損壞卡死導(dǎo)致磁盤與感應(yīng)盤不能產(chǎn)生滑差，引起電動(dòng)機(jī)過載，電動(dòng)機(jī)保護(hù)熱偶動(dòng)作，引起電源開關(guān)跳閘。

3.2.5 水纜拉斷

圓錐齒輪副因軸承損壞卡死堵轉(zhuǎn)，導(dǎo)致水纜拉力增大而被拉斷。磁滯聯(lián)軸器軸承損壞卡死，放纜時(shí)不能產(chǎn)生滑差，導(dǎo)致水纜被卸船機(jī)拖拽拉斷。冬季放空水時(shí)，水纜抗拉強(qiáng)度降低也容易被拖拽拉斷。

4 供水系統(tǒng)改進(jìn)方案

由于水纜卷盤供水系統(tǒng)故障較多，運(yùn)行中一旦出現(xiàn)故障，不僅影響料斗抑塵噴淋正常投用，且由于水纜與卸船機(jī)大車連鎖，卸船機(jī)將無法行走作業(yè)，只有臨時(shí)脫開水纜、解除連鎖才能恢復(fù)。另外，水纜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)檢修工作量大，恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響卸船機(jī)有效利用率，降低了設(shè)備可靠性。為此，需要選擇安全可靠、維修方便、不與卸船機(jī)大車連鎖，不影響卸船作業(yè)的供水系統(tǒng)。經(jīng)過多方面調(diào)查研究、綜合對(duì)比，確認(rèn)水槽自吸泵供水系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)[3]。3種供水系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表3所示。

表3 3種供水系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

由表3可知，電纜卷盤供水系統(tǒng)改為水槽自吸泵供水系統(tǒng)，雖然初期投資成本高，但其后期維護(hù)成本較低，且不影響卸船作業(yè)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，卸船機(jī)水噴淋投用率可達(dá)到100%，大大降低卸船過程中煤粉塵無組織排放量。

5 方案具體實(shí)施

由于水纜卷盤供水系統(tǒng)故障較多，且三期卸船機(jī)供水系統(tǒng)比一期卸船機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障相對(duì)較多，先行對(duì)三期2臺(tái)卸船機(jī)的供水系統(tǒng)采用水槽自吸泵進(jìn)行改造，如圖3所示。

圖3 水槽自吸泵供水系統(tǒng)

供水系統(tǒng)采用全線水槽加自吸泵的供水方式。在碼頭皮帶機(jī)棧橋南側(cè)電纜槽平臺(tái)外側(cè)布設(shè)1條東西向水槽，水槽全長(zhǎng)234 m，寬度0.4 m，高度0.7 m，采用8 mm鋼板制作，水槽北側(cè)板靠上部全長(zhǎng)開設(shè)供水口，供水口高度0.2 m，供水口處加裝防塵阻燃油布，長(zhǎng)度234 m，寬度0.4 m。水槽最東側(cè)處進(jìn)水，采用浮球液位開關(guān)加電磁閥自動(dòng)控制進(jìn)水。

拆除三期2臺(tái)卸船機(jī)料斗平臺(tái)層水纜卷盤設(shè)備，在原水纜卷盤西側(cè)平臺(tái)處各安裝1臺(tái)立式自吸泵，型號(hào)LZB65-B，流量40 t、揚(yáng)程30 m，電動(dòng)機(jī)功率11 kW，泵底材質(zhì)為304不銹鋼、厚12 mm，進(jìn)水口通徑DN65，出水口通徑DN50，過流部分為耐磨、耐腐鋼，葉輪材質(zhì)為Cr30A。自吸泵入口管路上安裝1只DN65過濾閥和1只DN65膨脹節(jié)。泵吸水管從料斗平臺(tái)南側(cè)大梁內(nèi)側(cè)向下從水槽側(cè)面供水口處引入槽內(nèi)。泵出水管與料斗平臺(tái)南側(cè)現(xiàn)有水管相接，并在出水管上安裝1只壓力表。自吸泵啟停由PLC模塊根據(jù)料斗層水箱低、高水位反饋信號(hào)來控制，當(dāng)料斗層水箱水位處于低水位時(shí)自吸泵工作，當(dāng)水位上升至高水位時(shí)，自吸泵停止工作，實(shí)現(xiàn)向料斗層水箱自動(dòng)供給水。

6 結(jié)束語(yǔ)

在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶大保護(hù)的背景下，隨著港口環(huán)境保護(hù)力度的加強(qiáng)，要求散貨裝卸作業(yè)碼頭必須具有安全可靠的環(huán)保設(shè)施，并且要求裝設(shè)粉塵在線檢測(cè)系統(tǒng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，水槽自吸泵供水系統(tǒng)，非常適應(yīng)環(huán)保的需求，不僅具有較高的環(huán)境效益，且具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省了大量的檢修維護(hù)費(fèi)用和船舶在港滯期費(fèi)用。三期煤碼頭卸船機(jī)料斗抑塵噴淋供水系統(tǒng)自改造1 a以來，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、高可靠性、高投用率，取得了滿意效果。由于自吸泵價(jià)格低廉，為保證卸船機(jī)噴淋供水100%可靠投用，可設(shè)置2臺(tái)自吸泵并聯(lián)接入供水系統(tǒng)，1用1備，切換使用?；诖?，一期煤碼頭卸船機(jī)供水系統(tǒng)改造工作也將陸續(xù)開展實(shí)施。