1 設備概況

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計和生產，型號FP600 2RS/M，為環保裝置重要的固液分離設備，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）。基本流程為：螺桿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，經離心機高速離心、卸料，實現固液相分離。離心機出泥口設計專用的刮泥裝置，及時將固相物料清理，設備設計參數見下表：

設備在啟動前開啟轉鼓沖洗水，運行至額定轉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℃，工況運行轉速4000r/min。

2 存在的問題

2015年2月-2018年5月，隨著工藝系統需要處理的泥量增多，設備運行周期變長，啟停次數頻繁，設備故障率逐漸增加，設備連續運行不到1個月就要被迫停機進行檢修，主要問題表現為：

（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。

（3）物料堵塞在轉鼓與螺旋之間，盤車卡澀，設備運行跳車。

（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。設備代表性損壞情況：由于設備振動值較大，故障停車，解體大修，檢查各軸承，并更換轉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，分別為轉鼓液相端軸承、螺旋液相端軸承、轉鼓固相端軸承、螺旋固相端軸承，多次解體后發現除螺旋液相端軸承外，其他3個軸承及軸承軸徑處損壞嚴重。

行星齒輪減速器故障導致停車5次，主要原因為：

（1）差轉速低故障跳車。

（2）螺旋扭矩高故障跳車。

解體檢查發現差速器損壞。液力耦合器故障1次，故障原因為轉鼓轉速低。

綜上所述，離心機故障率較高，已經嚴重影響濃鹽水脫泥系統長周期穩定運行，加重了濃鹽水脫泥前、后系統的負荷，給整個濃鹽水系統帶來了極大的隱患。

3 原因分析及處理

離心機故障停車問題主要表現在：

（1）堵機導致轉鼓軸承與螺旋軸承的轉速差為零，設備不能正常使用。

（2）離心機軸承使用不當，引起軸承溫度偏高（85～95℃），導致軸承損壞及振動。

以下從這2方面出發，分析導致故障頻發的原因及處理措施。

3.1 堵機問題的原因及處理措施

導致臥式沉降離心機堵機常見的原因有：

（1）離心機本體設計缺陷，主要參考值為分離因數。

（2）離心機進料量不穩定，離心機處理不及時，物料堆積。

（3）轉鼓軸承與螺旋軸承之間磨損嚴重，間隙過大導致物料積在轉鼓壁上不能排出。

（4）差轉速設定數值不正確等。

3.1.1 校核分離因數Fr

分離因數是離心機分離能力的主要指標，分離因數越大，物料所受的離心力越大，分離效果越好。分離因數與離心機的轉鼓半徑成正比，與轉鼓速度的平方也成正比，因高轉鼓轉速比大半徑對分離因數的影響要大得多。因此首先要對分離因數進行計算校核。

分離因數計算公式：Fr=rw2/g，w=2πn/60

式中：

Fr：分離因數，N；

r：離心機轉鼓半徑，m；

w：轉鼓的角速度，r/s；

g：重力加速度，取9.8m/s2；

n：轉鼓的轉速，取4000r/min。

將參數帶入計算公式，通過核算得出Fr=3200N。

常速離心機分離因數Fr小于3500N，適用于含較大顆粒或顆粒中等或纖維狀固體懸液分離，常速離心機轉速較低，轉載容量較大，轉鼓直徑較大。根據計算，濃鹽水離心機分離因數為3200N，屬于常速離心機，根據分離因數校核，該離心機本體符合設計要求。

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，從現場螺旋、轉鼓扭矩波動上可以直接判斷為物料不均勻導致，是導致離心機跳車的主要因素之一。

3.1.3 轉鼓與螺旋間隙

根據現場實測，螺旋與轉鼓間隙小于1mm，符合設計要求，這里排除螺旋與轉鼓之間間隙問題。

3.1.4 差轉速調節

由于現場機械攪拌澄清池出泥含固量不穩定，供泥泵出泥直接進入離心機，瞬間造成離心機轉鼓與螺旋扭矩值波動，并且頻繁波動，不能根據差轉速調節曲線進行及時調節，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理槽，將供泥泵出泥預 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

軸承損壞是導致設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，進而降低設備檢修頻次。

檢修中分析已經損壞的軸承發現：

（1）軸承缺潤滑脂。

（2）軸承保支架損壞。

（3）軸承滾珠磨損。

（4）軸承內圈磨損。

（5）軸承軸徑處磨損。

（6）軸承內進入介質。

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鼓軸承和螺旋軸承，因此只考慮轉鼓軸承與螺旋軸承使用條件，而實際轉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200h補一次脂，根據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油脂加注至轉鼓軸承內，因此轉鼓軸承的油脂使用錯誤是導致軸承損壞的原因之一。

處理措施：正確使用潤滑油脂，并嚴格控制加注油脂頻次和數量。

3.2.2 螺旋固相端軸承損壞原因分析及排查

根據螺旋固相端軸承損壞情況判斷為介質進入軸承內部導致軸承損壞，螺旋固相端軸承型號NKI85/26，實際運行相對轉速5～35r/min，主要密封形式為雙骨架油封密封。根據現場每次的堵機情況看，介質會進入螺旋固相端軸承內部，造成此處軸承損壞，因此必須杜絕堵機情況發生。

3.2.3 轉鼓液相端軸承損壞原因分析及排查

轉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。當其僅承受徑向載荷時，接觸角為零。當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很小，極限轉速也很高。現場排除軸承質量問題、油脂問題、冷卻系統問題的前提下，分析軸承損壞主要有以下原因。

3.2.3.1 檢修安裝不當導致

在確保正確操作和規范檢修前提下，對軸承的安裝游隙、預留熱膨脹余量、內外圈的配合性質等進行檢查。

3.2.3.2 軸承安裝數據檢查

大修時對檢修數據進行分析，測量數據見下表：

檢修過程中定位端軸承各裝配數據符合裝配要求，自由端根據現場實測軸承座內孔直徑偏小，軸承外圈與軸承座內孔裝配為過盈配合。

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。徑向游隙不僅僅關系到軸承的運轉精度，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、溫度和機械運轉精度等技術性能。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。過盈配合的軸承應該通過計算選擇合理的徑向游隙。

在呼倫貝爾地區的環境條件下，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。在設計中自由端軸承外圈選擇過渡配合，以便使轉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生的軸向力作用。

基于以上計算及實際檢修測量數據，兩端軸承內圈在過盈量不足的情況下，熱態下失去過盈量，造成軸承失穩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，長時間運轉促使軸承振動、溫度升高、保持架損壞等情況的發生。因此，造成軸承內徑與軸過盈量不足的主要原因是離心機經常更換軸承，在檢修時使用砂紙拋光軸徑處導致軸徑過盈量不足。由于缺少0.005軸徑，不便于修復，故采取降低轉速，降低軸溫等措施解決目前設備出現的故障問題。

處理措施：原設計轉鼓電機為工頻電機，轉鼓電機通過液力耦合器輸出，通過三角帶傳動至轉鼓，實現轉鼓的高速離心。原設計螺旋電機為變頻滑環電機，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速傳動至螺旋，實現螺旋的卸料。

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

轉鼓轉速及差轉速均可無級調節，差轉速根據輸渣負載變化，差轉速根據輸渣負載變化，差轉速自動反饋調節，推料功率自動補償，使固渣在離心機內不僅受離心壓力，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，使離心機不易發生堵料，保證在任意工況下均能安全可靠連續穩定運行，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（遠程I/O柜）實現雙向通訊，實現遠程操作與控制。

4 結束語

綜上所述，可以得出以下結論：

（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整，操作人員不能遠程監控及操作離心機的運行，只能由現場巡檢人員通過手動控制閥門控制進料量，并通過現場操作面板調節差轉速。

（2）潤滑脂使用不當。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。高速旋轉的軸承溫升較高，面對突發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生了變化，就會嚴重影響其使用壽命。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，應對多變的工況，改善軸承的運行環境，才能降低軸承的損壞頻率，保障設備長周期運行。

通過對故障原因進行全方位分析，以控制工藝流程，增加調理槽、改進操作流程，增加雙變頻并引入DCS等措施應對多變的工況。技術改進后離心機轉鼓軸承溫度從85～95℃降到50℃，振值從20mm/s降至7mm/s，保障了設備穩定長周期的運行。