章文明

ATOX輥磨減速機(jī)高速軸失效的應(yīng)急處置

Emergency Handling of High-speed Shaft Breakdown in Reducer of ATOX Roller Mill

章文明

1 前言

我廠擁有一條5 000t/d熟料生產(chǎn)線，2005年3月投產(chǎn)，回轉(zhuǎn)窯配套生料制備系統(tǒng)為從丹麥F.L.Smidth公司原裝進(jìn)口的ATOX50輥磨，該輥磨主要參數(shù)如下：

生產(chǎn)能力：400t/h

允許入磨物料最大粒度：175mm

允許入磨物料最大水分：8%

成品細(xì)度：80μm篩篩余≤12%

出磨物料水分：＜0.5%

磨輥個(gè)數(shù)：3個(gè)

該輥磨配有瑞士產(chǎn)原裝進(jìn)口馬格（Maag）減速機(jī)，型號(hào)：WPU-200/ C-380，速比39.76，配套電機(jī)功率3 800kW，轉(zhuǎn)速994r/min，其主要結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 輥磨減速機(jī)剖面圖

從圖1中可見，該減速機(jī)系二級(jí)減速結(jié)構(gòu)，含一級(jí)螺傘，高速小傘齒齒數(shù)14，大傘齒齒數(shù)50；二級(jí)為行星結(jié)構(gòu)，3分支。該減速機(jī)特點(diǎn)為高速螺傘懸掛構(gòu)造，螺傘輸出與太陽輪通過花鍵套（或稱為齒形聯(lián)軸器）連接，傳動(dòng)行星輪，帶動(dòng)磨盤完成動(dòng)力的傳輸。在設(shè)計(jì)產(chǎn)能負(fù)荷下，該減速機(jī)在重載、振動(dòng)、粉塵等工作環(huán)境中，預(yù)期壽命應(yīng)達(dá)15年以上。

2 減速機(jī)高速軸失效過程

2012年5月，工廠技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)輥磨主電機(jī)與減速機(jī)存在相互推擠現(xiàn)象。因無法解釋該現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，工廠于當(dāng)年6月初邀請(qǐng)減速機(jī)廠家技術(shù)專家來工廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)診斷，檢查高速軸狀況，內(nèi)容主要有：檢查大小傘齒齒面接觸情況；檢查高速軸軸承潤(rùn)滑情況；檢查電機(jī)的聯(lián)軸器橡膠塊；檢查主電機(jī)磁力中心線。

專家得出的結(jié)論為：軸承潤(rùn)滑正常；小傘齒面接觸略微偏大端（見圖2）；橡膠塊中的4塊因過載，端面已過熱變形；當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)軸會(huì)向減速機(jī)方向移動(dòng)5mm，對(duì)高速軸施加額外的推力。因此專家建議工廠依據(jù)磁力中心線重新找正電機(jī)。由于Maag減速機(jī)檢修孔只有30cm，專家也無法入內(nèi)觸及和貼近察看大小傘齒表面，故同時(shí)建議工廠采購大小傘齒及五套軸承作為備件應(yīng)急。

根據(jù)Magg專家的建議，工廠隨后多次對(duì)主電機(jī)的磁力中心線進(jìn)行測(cè)定，并據(jù)此調(diào)整了聯(lián)軸器位置，對(duì)聯(lián)軸器更換了新的橡膠塊。但減速嚙合良好，略往大端機(jī)與電機(jī)相互推擠的初始狀況未有好轉(zhuǎn)。

圖2 減速機(jī)廠家拍攝的小傘齒嚙合情況

2012年末，因輥磨減速機(jī)高速軸軸向竄動(dòng)達(dá)120μm，工廠著手準(zhǔn)備對(duì)減速機(jī)進(jìn)行大修，啟動(dòng)備件的詢價(jià)采購流程。

2013年3月7日，工廠輥磨正常運(yùn)轉(zhuǎn)，工況為：投料量510t∕h，主機(jī)電流187.2A（電壓10 000V），研磨壓力10.26MPa，料層厚度81.7mm，磨機(jī)基礎(chǔ)震動(dòng)值1.8mm/s，磨機(jī)壓差5 230Pa，回料斗式提升機(jī)電流32.9A。運(yùn)行過程中減速機(jī)上部旋轉(zhuǎn)部位突然噴出油煙（見圖3），并帶著較響的氣爆聲，工廠巡檢人員發(fā)現(xiàn)情況后立即通知中控停車檢查。

通過打開減速機(jī)檢修孔初步觀察，并核對(duì)減速機(jī)油站現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏有無報(bào)警點(diǎn)及中控畫面有無報(bào)警信息，未發(fā)現(xiàn)異常狀況。需要指出的是，該減速機(jī)采購時(shí)未訂購高速軸測(cè)振裝置以及相應(yīng)三套軸承的測(cè)溫裝置，故對(duì)有關(guān)故障訊息的判斷缺少了關(guān)鍵儀表參數(shù)支持。因前些年減速機(jī)旋轉(zhuǎn)部位也曾發(fā)生過疑似甩油現(xiàn)象（較輕），當(dāng)時(shí)工廠技術(shù)人員估計(jì)是減速機(jī)潤(rùn)滑稀油站空氣濾芯堵塞引起的噴油，判斷無大礙，于是安排恢復(fù)開機(jī)。

輥磨恢復(fù)投料20min后，中控發(fā)現(xiàn)主電機(jī)前軸瓦溫升較快（見圖4），現(xiàn)場(chǎng)巡檢工也發(fā)現(xiàn)電機(jī)后端似乎有煙冒出。在雙方核實(shí)情況的過程中，主電機(jī)前軸瓦溫度很快上竄到高限報(bào)警點(diǎn)，磨機(jī)保護(hù)啟動(dòng)跳停動(dòng)作，前后時(shí)間不到一分鐘。拆開電機(jī)前軸承蓋檢查發(fā)現(xiàn)，前軸推力瓦端口已燒毀（見圖5），不能繼續(xù)使用，需換新瓦。

在更換電機(jī)軸瓦的同時(shí)，工廠維護(hù)人員再次打開減速機(jī)檢修孔進(jìn)行檢查，并拆卸磨機(jī)高速軸上端蓋，發(fā)現(xiàn)高速軸小傘齒頭端有明顯拉毛痕跡，檢測(cè)高速軸外端軸承間隙較大，且有明顯走外圈現(xiàn)象。電機(jī)新軸瓦刮研處理就位后進(jìn)行空載試車，當(dāng)機(jī)旁開關(guān)點(diǎn)動(dòng)開機(jī)后，高速軸端即刻發(fā)出明顯的異常響聲，試車立即停止，根據(jù)響聲等初步判斷，估計(jì)輥磨減速機(jī)高速軸軸承已損壞，高速軸已失效，無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

至本次高速軸失效，該輥磨減速機(jī)已正常使用8年，共運(yùn)行35 002h，期間除更換潤(rùn)滑油外，未進(jìn)行過更換軸承等維修保養(yǎng)。

3 檢修方案的選擇

由于輥磨高速軸失效突然，工廠一方面馬上聯(lián)系減速機(jī)廠家駐國內(nèi)辦事處，要求派員來廠協(xié)助檢查判斷，并提供專業(yè)性維護(hù)建議；另一方面，回轉(zhuǎn)窯因無生料被迫止火停產(chǎn)，工廠旋即開展對(duì)減速機(jī)檢修方案的籌劃。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)，輥磨高速軸小傘齒小端已進(jìn)入嚙合，磨損變亮；可見范圍內(nèi)有齒面在中部與尖端已發(fā)生較為嚴(yán)重的點(diǎn)蝕；小傘齒前端兩個(gè)軸承下部、位于減速機(jī)底盤上有一堆軸承散架部件（見圖6）。綜上情況進(jìn)一步確認(rèn)，減速機(jī)高速軸前端軸承已損毀。

圖3 減速機(jī)內(nèi)部氣爆后的現(xiàn)場(chǎng)情況

圖4 電機(jī)前軸瓦溫升曲線

圖5 燒毀的電機(jī)前軸瓦

圖6 高速軸失效現(xiàn)場(chǎng)圖片

減速機(jī)生產(chǎn)廠家分析指出：減速機(jī)故障系短時(shí)間內(nèi)對(duì)高速軸造成的較大損傷，建議對(duì)減速機(jī)進(jìn)行整機(jī)拆卸大修，重點(diǎn)更換減速機(jī)的高速軸、大傘齒、太陽輪、五套軸承，并檢查大傘齒保持架、齒形連軸器、推力瓦支座等。這是一個(gè)徹底的維修方案，實(shí)施后可對(duì)設(shè)備長(zhǎng)期安全運(yùn)行提供重要保障。

通過對(duì)國內(nèi)擁有相同設(shè)備及有類似故障發(fā)生廠家處置經(jīng)歷的了解，鑒于工廠對(duì)減速機(jī)失效過程發(fā)現(xiàn)及時(shí)，第一時(shí)間停機(jī)動(dòng)作相對(duì)到位，加之修復(fù)減速機(jī)的諸多原產(chǎn)地備件采購存在期限問題，等待國外專家到廠需要時(shí)間，如果整機(jī)大修預(yù)計(jì)需耗時(shí)15個(gè)工作日以上，且工廠回轉(zhuǎn)窯和水泥生產(chǎn)工藝線處于停機(jī)待料狀態(tài)。經(jīng)技術(shù)部門多方論證，決定對(duì)該減速機(jī)開展現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)性維修，重點(diǎn)對(duì)高速軸進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拆裝，更換高速軸的三套軸承，并對(duì)減速機(jī)內(nèi)部可察看部分進(jìn)行檢查，以及時(shí)恢復(fù)生產(chǎn)，減少停產(chǎn)損失。

4 現(xiàn)場(chǎng)維修過程

4.1 高速軸拆卸

人員配備：維修人員5人。主要工具為：氣割工具一套，電焊機(jī)一套，2t、5t手拉葫蘆各2只，扳手等工具一套，撬棒1根，?24mm×80mm螺絲4只，?24mm×1 000mm螺桿4根，? 24mm×1 000mm絲桿4根。

退出減速機(jī)高速軸需用10#槽鋼制作臨時(shí)口字型工裝框架一幅（見圖7），上端比高速軸在現(xiàn)場(chǎng)位置高200mm以上，寬度以高速軸大軸套螺孔對(duì)應(yīng)位置長(zhǎng)度為宜。在工裝左右槽鋼上與高速軸軸套對(duì)應(yīng)螺孔的位置開啟用于放置螺桿的圓孔各兩個(gè)，在卸去大軸套上對(duì)應(yīng)螺栓后，裝上螺桿，并在工裝上用螺帽固定好。在對(duì)應(yīng)大軸套拆卸孔處旋上絲桿，用于往外頂擠高速軸。在高速軸外端面的四個(gè)螺絲孔位置擰上螺栓，用于撬棒的旋轉(zhuǎn)用力支撐點(diǎn)，高速軸外露部分至少用葫蘆分段懸掛支撐。

拆卸減速機(jī)高速軸時(shí)撬棒向正常旋轉(zhuǎn)的方向用力。因該減速機(jī)規(guī)格較大，傘齒間嚙合較緊密，拆卸時(shí)施工人員用力需適當(dāng)，小用力度旋轉(zhuǎn)后，相應(yīng)擰緊絲桿螺帽配合向外頂擠。拆卸高速軸耗時(shí)12h。

4.2 高速軸的維修

高速軸拆出后，發(fā)現(xiàn)其前端大軸套處外表面已變成焦黑色，表明此處曾經(jīng)產(chǎn)生過熱，推測(cè)內(nèi)部?jī)芍惠S承已損壞（見圖7），這也正是減速機(jī)發(fā)生氣爆的原因所在。小傘齒有5個(gè)齒中部或尖端已點(diǎn)蝕。

圖7 拆卸高速軸現(xiàn)場(chǎng)工裝

拆下高速軸大軸套發(fā)現(xiàn)：高速軸推力軸承檔走內(nèi)圈0.35mm，經(jīng)研究，對(duì)高速軸相關(guān)部位進(jìn)行電鍍鍍鉻加以處理；軸承環(huán)走外圈0.50mm，以更換大軸套加以處理；兩個(gè)軸承的間隔環(huán)因磨損進(jìn)行拋光處理，減少尺寸1mm，為使大小傘齒嚙合位置不受影響，相應(yīng)拋磨減少大軸套與方箱之間的間隔套尺寸1mm；外軸承的小軸套走外圈0.15mm，同樣以電鍍鍍鉻加以處理。高速軸重新組裝中使用了三只新軸承，更換前對(duì)新軸承進(jìn)行了測(cè)量。組裝過程中每裝配一個(gè)部位前后須測(cè)量相關(guān)尺寸，并與資料中尺寸要求進(jìn)行核對(duì)，控制在偏差允許范圍之內(nèi)。對(duì)小傘齒進(jìn)行著色探傷，未發(fā)現(xiàn)裂紋，對(duì)于點(diǎn)蝕部位，用角磨機(jī)進(jìn)行打磨處理。

4.3 方箱裂紋的維修

進(jìn)入減速機(jī)內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)高速軸支撐方箱軸套孔處有一道100mm長(zhǎng)度的微裂紋（見圖9），背面也有一條類似的裂紋，采用氣刨、著色探傷與現(xiàn)場(chǎng)焊接處理，背面裂紋焊接好后用鋼板加筋強(qiáng)化（見圖10）。焊接過程具體注意事項(xiàng)為：

（1）清除裂紋周邊表面油污及油漆,確保不會(huì)有油流入焊接區(qū)域。

（2）用碳弧氣刨清除裂紋處金屬，并用滲透著色探傷直至無裂紋為止。隨后對(duì)氣刨出的區(qū)域用球頭銑刀切削掉厚度2～3mm，并仔細(xì)清理干凈。

（3）對(duì)焊接區(qū)域用烤槍預(yù)熱至50℃，加熱區(qū)域范圍盡可能窄。

（4）焊接時(shí)環(huán)境溫度需保持在10℃以上，焊條選用直徑2.5mm、型號(hào)為Ni307、Ni347、Ni307B焊條。因搶修急需，工廠以Z308作為替代。

焊條需經(jīng)烘箱中250～300℃烘干2h以上，現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)用保溫筒保溫，維持溫度100～150℃。

（5）垂直或傾斜型焊縫從底部向上施工。每焊完一遍，仔細(xì)清除焊渣，用氣動(dòng)鑿子敲擊焊縫，消除焊接應(yīng)力。焊接區(qū)域溫度不能超過70℃，可在焊縫周圍放置浸水的布條或海綿（但不能溢水）用來降溫。

（6）方箱軸套內(nèi)孔焊接全部完成后，仔細(xì)打磨焊縫，并隨時(shí)用內(nèi)徑千分尺校對(duì)尺寸。

減速機(jī)內(nèi)部其他情況：大傘齒齒形完整，無點(diǎn)蝕等異?，F(xiàn)象，中心豎架及聯(lián)軸器未見異常，減速機(jī)內(nèi)部其他可觸及檢查的部位無異常。

4.4 高速軸的回裝

圖8 高速軸大軸套處過熱

圖10 方箱側(cè)面裂紋焊補(bǔ)后現(xiàn)場(chǎng)

高速軸的回裝按拆卸相反程序進(jìn)行即可，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是大小傘齒的嚙合面檢查。可先在小傘齒齒面上涂滿朱丹粉，待高速軸就位后通過盤車檢查回裝質(zhì)量。由于該減速機(jī)檢修孔過小，高速軸回裝后人員無法進(jìn)入減速機(jī)內(nèi)部查看嚙合情況。解決辦法之一是在回裝前安排人員待在減速機(jī)內(nèi)部，待高速軸就位，查看完嚙合面后，再拆卸出高速軸，人員撤出，重新回裝一遍高速軸。解決辦法之二是用攝像探頭伸入減速機(jī)內(nèi)部，查看嚙合狀況。前者可仔細(xì)分析檢修質(zhì)量，并做出相應(yīng)調(diào)整，但耗時(shí)較長(zhǎng)，需兩次回裝高速軸。考慮到工廠搶修時(shí)間緊迫，且已嚴(yán)格按減速機(jī)生產(chǎn)廠家技術(shù)資料的要求組裝高速軸部件，工廠采用了攝像探頭+電腦顯示的辦法來檢查大小齒嚙合面，最終結(jié)果判斷為嚙合尚好，可以達(dá)到設(shè)備正常運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。

5 后期注意事項(xiàng)

由于事故發(fā)生的突然性和應(yīng)急搶修的倉促性，加上輥磨重載運(yùn)行的高要求，工廠在減速機(jī)恢復(fù)投運(yùn)前制定了新的開機(jī)規(guī)程，主要有：

（1）輥磨運(yùn)行參數(shù)控制：

輥磨振動(dòng)值≤1.5mm/s

研磨壓力≤9.5MPa

喂料量≤490t/h

其中，振動(dòng)值為關(guān)鍵控制參數(shù)，若振動(dòng)值超過規(guī)定值，要求采取調(diào)整噴水量、喂料量、研磨壓力、料層厚度、風(fēng)速等措施。

（2）操作要求：要求中控人員精心操作，時(shí)刻關(guān)注有關(guān)運(yùn)行參數(shù)的變化情況，在第一時(shí)間反饋異常信息并可緊急停車。同時(shí)，要求操作人員密切關(guān)注砂、頁巖配料電視監(jiān)控情況，若有斷料發(fā)生須提醒配料崗位人員及時(shí)處置，防止斷料等引起的振動(dòng)跳停事故。

（3）每天檢查高速齒齒面嚙合狀況，并拍照留檔，每周匯總分析。

（4）按照以上研磨參數(shù)運(yùn)行一個(gè)月，經(jīng)檢查確認(rèn)高速齒齒面嚙合正常后，研磨壓力可加至10.5MPa，投料量可相應(yīng)增加，振動(dòng)值仍按上述要求執(zhí)行。

6 結(jié)語

本次搶修歷時(shí)3d。從恢復(fù)生產(chǎn)至2014年7月計(jì)劃停機(jī)更換新的輥磨減速機(jī)，以“盲裝”形式搶修后的減速機(jī)順利運(yùn)行了17個(gè)月，確保了工廠正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，贏得了采購新備機(jī)的寶貴時(shí)間。

另外，對(duì)于同期國內(nèi)類似引進(jìn)減速機(jī)系統(tǒng)的水泥熟料生產(chǎn)線，由于實(shí)際生產(chǎn)工況與設(shè)計(jì)工況差距較大，普遍加載壓力較大，超產(chǎn)較多，給相關(guān)減速機(jī)內(nèi)部配件，尤其是高速軸軸承壽命帶來較大影響，若在線運(yùn)行時(shí)間已超過30 000h，建議及時(shí)更換維護(hù)保養(yǎng)，以防發(fā)生突發(fā)性故障?！?/p>

TQ172632.5

A

1001-6171（2015）06-0050-04

蘭溪諸葛南方水泥有限公司，浙江金華321000；

2015-03-04；編輯：趙蓮