余韜(重慶建峰化工股份有限公司，重慶 408601)

0 引言

重慶建峰化工股份有限公司第二套大化肥裝置為設計年產(chǎn)450 Kt合成氨/800 Kt尿素的大型化肥裝置，產(chǎn)品包裝部包裝樓二化部分原有一套進口旋振篩，其作用是有效篩分散裝尿素中的細粉尿素，最大限度降低尿素中的粉塵含量[1]。近年來受天然氣漲價、企業(yè)生產(chǎn)成本不斷升高以及尿素價格持續(xù)走低的大環(huán)境影響，同行業(yè)間市場競爭力日益加劇，產(chǎn)品質(zhì)量成為企業(yè)是否更具有競爭力的關鍵因素之一。為減少尿素粉塵含量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，2016年在包裝樓二化部分新增一套國產(chǎn)旋振篩(精細篩分機)，新旋振篩自投用以來，故障頻繁，無法滿足正常使用。

1 旋振篩的工作特點

1.1 旋振篩機理

旋振篩運行時作往復式旋轉(zhuǎn)運動，旋轉(zhuǎn)運動由偏心回轉(zhuǎn)機構提供，使得箱體在水平面作旋轉(zhuǎn)，達到顆粒尿素能夠在篩網(wǎng)上作往復運動的目的，與此同時，需要傾斜篩面，使得細粉尿素通過篩網(wǎng)，實現(xiàn)細粉尿素的篩選。旋振篩的動力由三相異步電動機提供，箱體的振動由激振器引起，激振器由三角帶帶動，完成整個動力的傳輸過程。因此三角帶起到重要的作用，不僅可以控制載荷的大小，還起到保護設備的作用[2]。

1.2 旋振篩參數(shù)及工作原理

為減少尿素粉塵含量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，選用旋振篩對物料進行篩分，其主要參數(shù)如下：型號為BZSJ2 036，電機功率為11 kW，篩網(wǎng)層數(shù)為2層，篩網(wǎng)規(guī)格為2 040×3 621 mm，設備轉(zhuǎn)速為199 r/min，篩面傾角為2～4°，往返行程為92 mm，重量為4 650 kg。其主要結(jié)構：該機主要由驅(qū)動裝置、篩體、篩網(wǎng)、篩架、彈性支撐裝置等組成，篩機通過直徑為φ20 mm鋼絲繩采用吊裝式安裝，安裝角度約5°，吊孔在設備篩架四個角上[3]。

工作原理：細分尿素從旋振篩的頂部進入到進料口中，細粉尿素會被布料器快速的分散在篩網(wǎng)上，其篩分運動主要分為兩種形式：往復回旋式運動和前后往復式運動。往復回旋式運動的作用是將細粉尿素進行迅速的分散，在特定往復回旋運動的影響下，在進料口細粉尿素會以短橢圓的形式進行回旋運動，在細粉尿素向出料口的運動過程中，運動軌跡逐漸由短橢圓變?yōu)殚L橢圓。前后往復式運動能夠使細粉尿素在篩選過程中實現(xiàn)較長的運動軌跡，保證了篩分質(zhì)量。自清網(wǎng)系統(tǒng)的作用是篩除細粉粘連物，其作用方式為在篩格框中放置彈跳球，彈跳球的運動由沖擊篩格斜面引發(fā)，彈跳球撞擊篩網(wǎng)表面，利用其自身的粘性去除篩網(wǎng)表面上的細粉粘連物，確保旋振篩在運作過程中不會出現(xiàn)篩網(wǎng)堵孔的現(xiàn)象，進而提高了旋振篩的運行效率。

2 旋振篩的故障現(xiàn)象

自從設備安裝至投用以來，故障頻繁，部門不斷進行檢修修復，但是同一故障反復出現(xiàn)，設備的連續(xù)運行時間低于72 h，無法保證企業(yè)的生產(chǎn)需求，具體故障現(xiàn)象如下[4]：

(1)篩體懸吊鋼絲繩多次出現(xiàn)斷股或斷裂情況，尤其是尾部位置鋼絲繩。(2)鋼絲繩吊環(huán)、索具螺旋扣頻繁斷裂。(3)篩體尾部兩側(cè)彈性支撐連接板多次斷裂。

3 旋振篩的故障分析及優(yōu)化改造

3.1 旋振篩初次改造

針對故障現(xiàn)象，同時借鑒原進口旋振篩懸吊鋼絲繩配件，配合旋振篩廠家人員進行升級改造。針對日常經(jīng)常發(fā)生的故障，初期采取的整改措施具體如下：

(1)在鋼絲繩與吊環(huán)連接處增加鋼絲繩保護套環(huán)，套環(huán)尺寸選用M18，避免旋振篩運行中鋼絲繩與吊環(huán)直接摩擦造成接觸區(qū)域的磨損和損傷；(2)對篩架上所有吊耳、索具螺旋扣重新選型，使吊環(huán)、索具螺旋扣O型圈厚度由14 mm增加為20 mm；(3)對尾部連接板塊進行加厚、加固處理，將尾部連接板由3 mm改為12 mm，重新進行更換焊接處理；(4)再次確認旋振篩頭部及尾部篩架兩側(cè)懸空高度，對其四個角兩兩找平；(5)對篩體兩側(cè)與工字鋼篩架間距進行確認，調(diào)整為一致；

以上措施整改完畢，投入負載連續(xù)運行，加強巡檢及關注，故障依然存在，鋼絲繩及配件仍然出現(xiàn)斷裂情況，尾部連接板未斷裂，但已經(jīng)出現(xiàn)焊縫脫焊情況，對故障原因進行分析。鋼絲繩具有較高的強度和柔性，目前被大量的建筑、機械設備機構中采用，然而鋼絲繩的承載受力過程十分復雜，在實際工況中，鋼絲繩既要承受拉伸力，同時還承受彎曲力和扭轉(zhuǎn)力，即使鋼絲繩擁有很好的力學性能，但在復雜的受力環(huán)境下，其強度極限和使用壽命會受到不同程度的影響，因此為了確保鋼絲繩能夠在工作期間正常承載，分析鋼絲繩的受力過程具有重要的意義，同時為選擇鋼絲繩的型號提供指導意義。通常情況下計算鋼絲繩的受力以應力為主[5]。

拉應力計算如式(1)所示：

式中：F為鋼絲繩為實際工況中受到的外載荷(N)；i為鋼絲根數(shù)；d為鋼絲繩的平均直徑(mm)；φ為鋼絲繩的充滿率，其可通過查表得到；k為鋼絲繩的不均勻系數(shù)。有公式可以明確計算鋼絲繩強度時，需要考慮鋼絲繩中鋼絲根數(shù)的影響。

彎曲應力計算如式(2)所示：

式中：D為鋼絲繩所繞卷筒或滑輪的直徑(mm)。

擠壓應力的計算如式(3)所示：

式中：L為導程(mm)；n、m為鋼絲繩的常數(shù)。

由此可以看出，鋼絲繩受到的載荷越大，鋼絲繩在接觸區(qū)域的擠壓載荷越大。而且導程越長，擠壓力越大，因此通常情況下，選用鋼絲繩的時候選擇捻距小的。選用鋼絲的直徑在其許用值范圍內(nèi)，盡量選擇鋼絲根數(shù)多的以分散載荷。

鋼絲繩承載分析，在通常情況下鋼絲繩主要承受的載荷為靜載荷，動載荷的承受時間大部分為設備的啟停時刻，即承受慣性載荷。一般而言，計算鋼絲繩的受力，采用靜力進行計算。

式中：Fp為鋼絲繩發(fā)生斷裂時的拉力(N)；Fmax為鋼絲繩最大靜拉力(N)；其二者的比值可以確定鋼絲繩的安全系數(shù)K，e同樣可以在相關表中可查。因此可根據(jù)公式來檢驗鋼絲繩的強度。旋振篩總重量約為4 650 kg，選擇直徑為20 mm，型號為20NAT35W*7+FC1770ZS的無捻鋼絲繩可以滿足強度需求。同理，進而逐步檢驗鋼絲繩的配件如吊環(huán)、鎖具螺旋扣等配件的強度，選擇合適的尺寸以確保相關配件能夠正常承載。

針對尾部連接板之間的開裂，其原因主要為焊縫處出現(xiàn)應力集中，長時間受到載荷的作用，會發(fā)生疲勞的現(xiàn)象，焊縫逐漸出現(xiàn)裂紋，當微細裂紋擴展并且數(shù)量足夠多時，焊縫處的結(jié)構剛度不足，滿足不了其承載要求，發(fā)生彈塑性變形，嚴重時發(fā)生材料斷裂，宏觀的表現(xiàn)為焊縫開裂，因此需要改進焊接結(jié)構和焊接位置以提高焊接質(zhì)量。

3.2 旋振篩再次改造

根據(jù)故障現(xiàn)象及以上數(shù)據(jù)分析，配件在選用上是滿足要求，設備在運行中存在受力不均情況，頭部擺動幅度與尾部彈性支撐結(jié)構受力不匹配，存在設計缺陷，作用應力集中在設備本體尾部，故障頻發(fā)于尾部，因此在確保滿足篩分質(zhì)量情況下，需要降低旋振篩振幅，更換篩機頭部回轉(zhuǎn)機構偏心盤。將現(xiàn)有的擺幅46 mm降至38 mm，往返總行程由92 mm縮短為76 mm。經(jīng)整改完之后，再次將旋振篩投入負載連續(xù)運行，使用周期延長至30天以上。結(jié)果表明，改造前出現(xiàn)問題依然未消除。雖然未徹底解決故障發(fā)生的原因，但起到明顯的效果，說明改造方向的正確性，因此對整改措施進行研究，考慮對尾部彈性支撐機構進行更換，再次整改方案具體方案為[6]：

(1)切割掉出料端擋板內(nèi)的加強筋，然后安裝摩擦板支撐。摩擦板支撐下邊安裝磨床加工過的摩擦板，減少箱體往復運動過程中摩擦力。箱體左右各增加一件摩擦板支撐及摩擦板。(2)下方安裝的石墨支撐塊，系采用復合石墨并經(jīng)過強化處理，以保證長久的使用壽命以及高的支撐力。水平方向運動的箱體可以減少垂直方向上的附加振動，可以減少底架傳遞給吊架的垂直動載荷。(3)為了保證箱體在水平方向上的位置，增加了箱體后部的連桿機構，限定了箱體在水平方向的位置。(4)為了安裝石墨塊，附加了石墨塊底座，為了便于安裝石墨塊底座，需要增加鋼板用于石墨塊的位置調(diào)節(jié)，在底架上增加槽鋼用于確保箱體部分重量。(5)由于后連桿采用軸承作為轉(zhuǎn)動部件，減少了相互之間的扭力

4 結(jié)語

通過對旋振篩的機理分析，明確了其工作原理，結(jié)合選用的具體設備，分析了其故障發(fā)生的原因，并以此為依據(jù)對旋振篩進行了優(yōu)化改造，提高了設備的使用壽命和篩分質(zhì)量。實踐表明，通過對旋振篩的升級，設備在連續(xù)負載運行6個月后，未出現(xiàn)任何問題，驗證了設備改造升級的有效性。