進(jìn)口斗提機(jī)長周期運行綜合改造

劉自清，胡家儒

（云南三環(huán)中化化肥有限公司，云南昆明 650113）

云南三環(huán)中化化肥有限公司60萬t/a磷酸二銨（DAP）Ⅰ期于2007年12月化工投料試車成功，在隨后的生產(chǎn)過程中不斷對磷酸二銨（DAP）Ⅰ期裝置的工藝進(jìn)行了優(yōu)化[1]，裝置運行效率逐漸提高，已具備滿負(fù)荷生產(chǎn)的能力。但干燥機(jī)進(jìn)口斗提機(jī)C52103減速機(jī)頻繁發(fā)生損壞、鏈條斷裂等故障，造成裝置停車，嚴(yán)重制約裝置產(chǎn)能發(fā)揮。

1 設(shè)備參數(shù)

斗提機(jī)由美國REXNORD公司整體設(shè)計，關(guān)鍵部件全部進(jìn)口，包括頭輪組件、尾輪組件、鏈條、減速機(jī)等。輸送能力：正常560t/h，最大734t/h；提升高度：40.2m；主電機(jī)132kW，1480r/min；輔電機(jī)：18.5kW，1480r/min；減速機(jī)為圓錐、圓柱三級空心軸式齒輪減速機(jī)，型號：M1210DBT3AN-72.760，美國?？斯旧a(chǎn)，速比72.760，輸入轉(zhuǎn)速n1/輸出轉(zhuǎn)速n2=1480/20.3。

2 存在的問題

（1）減速機(jī)損壞頻繁。在運行過程中，減速機(jī)第三擋齒軸經(jīng)常損壞，同時把配對的第四擋輸出軸上大齒輪也打壞，非計劃停機(jī)檢修給生產(chǎn)帶來不小的損失，同時備件采購成本及人工維護(hù)成本居高不下。系統(tǒng)正常運行時突然失電導(dǎo)致停車，由于斗提機(jī)料斗內(nèi)充滿DAP物料，輔助傳動系統(tǒng)不能正常盤車。

（2）進(jìn)口斗提機(jī)鏈條為美國REXNORD生產(chǎn)，設(shè)計使用年限為8年，到2021年鏈條已使用13年，后期出現(xiàn)鏈條銷軸及外鏈板斷的情況，經(jīng)測量鏈條已超出廠家規(guī)定的磨損量，需要對鏈條進(jìn)行更換。

（3）頭輪為三塊分體式，用高強(qiáng)度螺栓與輪轂相連接后通過緊定套與軸連接，使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)螺栓被剪切斷的問題。

（4）液力偶合器經(jīng)常出現(xiàn)漏油、軸承損壞、易熔塞損壞導(dǎo)致非計劃停車等問題。

3 原因分析及對應(yīng)處理措施

3.1 減速機(jī)損壞的原因分析及解決措施

（1）從減速機(jī)整體來看，高速軸配對傘齒輪與第三擋齒軸是整個減速機(jī)最薄弱的環(huán)節(jié)，也是故障率最高的地方。斗提機(jī)屬于大負(fù)荷、連續(xù)運轉(zhuǎn)設(shè)備，運行過程中任何輕微的瞬時過載或負(fù)荷變化都會放大薄弱環(huán)節(jié)。查詢“?？薉RIVE ONE型標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)”官方樣本《M161-110CN》額定功率表，顯示M1210DBT3型減速機(jī)的額定功率為205kW，該功率對電機(jī)功率的安全系數(shù)為205/132=1.55，從理論上講此系數(shù)剛剛能滿足要求，但不能出現(xiàn)任何過載、負(fù)荷波動或經(jīng)常啟停的情況。也就是說?？说脑歼x型要求現(xiàn)場使用條件嚴(yán)格依照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對現(xiàn)場任何單一變量或復(fù)雜變量不具備足夠的安全邊際。根據(jù)多年在斗提機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的經(jīng)驗，斗提機(jī)用減速機(jī)安全系數(shù)要大于1.8才能保證長時間可靠運行。

（2）解決措施。減速機(jī)重新選型，提高安全系數(shù)。選用天津產(chǎn)的弗蘭德減速機(jī)：型號B3HH15D71，速比68.553，輸出轉(zhuǎn)速21.74r/min，額定功率336kW。輔傳電機(jī)：功率由18.5kW提升30kW，1470r/min，輔傳速比29.43，輔傳動時輸出轉(zhuǎn)速3.2r/min。該選型對電機(jī)安全系數(shù)為336/132=2.55，遠(yuǎn)高于安全系數(shù)＞1.8的要求。

3.2 鏈條斷裂原因分析及處理措施

3.2.1 鏈條斷裂原因分析

2020年11月，隨機(jī)取樣對鏈條套筒內(nèi)孔、T型銷軸尺寸及鏈條伸長量進(jìn)行測量，均已超出廠家規(guī)定的允許量，見表1。

表1 鏈條磨損量測量數(shù)據(jù)

3.2.2 鏈條國產(chǎn)化解決措施

為降低檢修費用，實現(xiàn)進(jìn)口備件國產(chǎn)化，對鏈條重新進(jìn)行選型。選型時確保鏈條節(jié)距228.6不變，部件7（滾子）直徑114.3mm不變，對關(guān)鍵部件（T型銷軸、外鏈板和內(nèi)鏈板）進(jìn)行優(yōu)化。

3.2.2.1 各部件材料分析

圖1為G4037鏈條三視圖，對T型銷軸、內(nèi)鏈板、外鏈板、M型鏈板、套筒和滾子進(jìn)行采樣，材料的光譜分析，結(jié)果見表2。

表2 鏈條改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對比

3.2.2.2 破斷力計算

（1）T型銷軸。①原始尺寸（38.1mm）破斷力計算。T型銷軸原材料42CrMo，抗拉壓強(qiáng)度δ=1080N/mm。根據(jù)公式：

式中，F(xiàn)為最小破斷力，kN；δ為抗拉壓強(qiáng)度，N/mm2；A為截面積，mm2。將數(shù)據(jù)代入式（1）得，F(xiàn)1=δA1=1080π×（38.1/2）2=1230.67kN。②改造后尺寸（41.275mm）破斷力計算結(jié)果為1444.68kN，比改造前增加214.01kN。

（2）內(nèi)、外鏈板破斷力計算。①內(nèi)、外鏈板原始尺寸破斷力計算。內(nèi)、外鏈板原始尺寸15.75mm，材料40Cr，最小破斷應(yīng)力δ1=980N/mm，將數(shù)據(jù)代入式（1），得1546.65kN。②改造后尺寸（19.05mm）破斷力計算結(jié)果為1866.90kN，比改造前增加320.25kN。

由上述計算知，T型銷軸，內(nèi)、外鏈板改造后尺寸的最小破斷力比原始尺寸的最小破斷力明顯增大。鏈條的可靠性及壽命主要是根據(jù)破斷載荷的高低來決定使用壽命，以上數(shù)據(jù)表明4038-G6鏈條的破斷載荷更高。

3.3 頭輪螺栓斷裂損壞的原因分析及處理措施

（1）分體式頭輪用高強(qiáng)度螺栓與輪轂相連接后通過緊定套與軸連接，螺栓受到大小相等、方向相反、相互平行的力剪切，表現(xiàn)為受剪切件兩部分沿外力作用方向發(fā)生相對錯動，從而產(chǎn)生變形。

（2）分體式頭輪損壞的解決措施。測繪頭輪做成整體式，確保技術(shù)要求：熱處理硬度HB229～269，齒面淬火HRC50～55，淬火深度3～3.5mm。

3.4 液力偶合器損壞的原因分析及處理措施

（1）液力偶合器損壞的原因。液力偶合器使用過程中存在易熔塞損壞、軸承損壞、油封老化等導(dǎo)致的非計劃停車。

（2）液力偶合器損壞的解決措施。永磁耦合器可實現(xiàn)緩沖啟動和過載保護(hù)功能。設(shè)備剛啟動時，導(dǎo)體盤在電機(jī)驅(qū)動下轉(zhuǎn)速迅速提高，導(dǎo)體盤與磁體盤因轉(zhuǎn)速差較大，兩者之間產(chǎn)生較強(qiáng)排斥力，從而推動兩側(cè)磁體盤向中間靠攏。同時由于磁體盤轉(zhuǎn)速相對較低，限矩器搖臂尚處于水平位置，阻止磁體盤繼續(xù)向中間靠攏，實現(xiàn)延時緩沖啟動。隨著磁體盤轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，導(dǎo)體盤與磁體盤之間轉(zhuǎn)速差逐漸減小，兩者之間的吸引力逐漸大于排斥力，使兩者分開，限矩器搖臂則在離心力作用下向外側(cè)擺動，并保持在平衡位置。當(dāng)設(shè)備有沖擊載荷或過載堵轉(zhuǎn)時，負(fù)載端轉(zhuǎn)速急劇降低甚至停止，導(dǎo)體盤與磁體盤之間產(chǎn)生巨大排斥力，迅速將兩側(cè)磁體盤向中間推動，限矩器搖臂處于垂直位置，使傳動脫開，實現(xiàn)對設(shè)備的保護(hù)。故障排除后，負(fù)載端轉(zhuǎn)速逐漸上升，設(shè)備再次進(jìn)入正常工作狀態(tài)[2]。液力偶合器、永磁耦合器比較結(jié)果見表3。

表3 液力耦合器、永磁耦合器比較

4 改造后效益評價

（1）C52103干燥斗提機(jī)鏈條長度為180m/臺，進(jìn)口鏈條單價10500元/m，國產(chǎn)鏈條3700元/m，全部鏈條更換后節(jié)約費用為（1.05-0.37）×180＝122.4萬元。國產(chǎn)化鏈條破斷強(qiáng)度更高，確保設(shè)備安全運行。

（2）進(jìn)口?？藴p速機(jī)備件費用較高且備件供貨周期較長，2021年干燥斗提機(jī)減速機(jī)更換為弗蘭德減速機(jī)，減速機(jī)未出現(xiàn)過故障，確保裝置安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行；輔助電機(jī)功率由18.5kW提升至30kW，即使出現(xiàn)設(shè)備跳停，料斗內(nèi)充滿DAP物料也能通過輔助電機(jī)盤車，把料斗內(nèi)全部物料倒出。

（3）液力偶合器更換成永磁耦合器，有效避免由于耦合器損壞導(dǎo)致的非計劃停車，裝置產(chǎn)能得到保證；永磁耦合器為免維護(hù)產(chǎn)品，使用過程中不需要對其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

5 結(jié)束語

進(jìn)口斗提機(jī)通過綜合改造，能滿足60萬t/a DAP裝置生產(chǎn)需要，可在同行業(yè)推廣使用。