ATOX輥磨減速機高速軸失效的應急處置

章文明

ATOX輥磨減速機高速軸失效的應急處置

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熟料生產線，2005年3月投產，回轉窯配套生料制備系統(tǒng)為從丹麥F.L.Smidth公司原裝進口的ATOX50輥磨，該輥磨主要參數如下：

生產能力：400t/h

允許入磨物料最大粒度：175mm

允許入磨物料最大水分：8%

成品細度：80μm篩篩余≤12%

出磨物料水分：＜0.5%

磨輥個數：3個

該輥磨配有瑞士產原裝進口馬格（Maag）減速機，型號：WPU-200/ C-380，速比39.76，配套電機功率3 800kW，轉速994r/min，其主要結構如圖1。

圖1 輥磨減速機剖面圖

從圖1中可見，該減速機系二級減速結構，含一級螺傘，高速小傘齒齒數14，大傘齒齒數50；二級為行星結構，3分支。該減速機特點為高速螺傘懸掛構造，螺傘輸出與太陽輪通過花鍵套（或稱為齒形聯(lián)軸器）連接，傳動行星輪，帶動磨盤完成動力的傳輸。在設計產能負荷下，該減速機在重載、振動、粉塵等工作環(huán)境中，預期壽命應達15年以上。

2 減速機高速軸失效過程

2012年5月，工廠技術人員發(fā)現輥磨主電機與減速機存在相互推擠現象。因無法解釋該現象的產生原因，工廠于當年6月初邀請減速機廠家技術專家來工廠進行現場診斷，檢查高速軸狀況，內容主要有：檢查大小傘齒齒面接觸情況；檢查高速軸軸承潤滑情況；檢查電機的聯(lián)軸器橡膠塊；檢查主電機磁力中心線。

專家得出的結論為：軸承潤滑正常；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；當電機運轉時，電機軸會向減速機方向移動5mm，對高速軸施加額外的推力。因此專家建議工廠依據磁力中心線重新找正電機。由于Maag減速機檢修孔只有30cm，專家也無法入內觸及和貼近察看大小傘齒表面，故同時建議工廠采購大小傘齒及五套軸承作為備件應急。

根據Magg專家的建議，工廠隨后多次對主電機的磁力中心線進行測定，并據此調整了聯(lián)軸器位置，對聯(lián)軸器更換了新的橡膠塊。但減速嚙合良好，略往大端機與電機相互推擠的初始狀況未有好轉。

圖2 減速機廠家拍攝的小傘齒嚙合情況

2012年末，因輥磨減速機高速軸軸向竄動達120μm，工廠著手準備對減速機進行大修，啟動備件的詢價采購流程。

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

通過打開減速機檢修孔初步觀察，并核對減速機油站現場觸摸屏有無報警點及中控畫面有無報警信息，未發(fā)現異常狀況。需要指出的是，該減速機采購時未訂購高速軸測振裝置以及相應三套軸承的測溫裝置，故對有關故障訊息的判斷缺少了關鍵儀表參數支持。因前些年減速機旋轉部位也曾發(fā)生過疑似甩油現象（較輕），當時工廠技術人員估計是減速機潤滑稀油站空氣濾芯堵塞引起的噴油，判斷無大礙，于是安排恢復開機。

輥磨恢復投料20min后，中控發(fā)現主電機前軸瓦溫升較快（見圖4），現場巡檢工也發(fā)現電機后端似乎有煙冒出。在雙方核實情況的過程中，主電機前軸瓦溫度很快上竄到高限報警點，磨機保護啟動跳停動作，前后時間不到一分鐘。拆開電機前軸承蓋檢查發(fā)現，前軸推力瓦端口已燒毀（見圖5），不能繼續(xù)使用，需換新瓦。

在更換電機軸瓦的同時，工廠維護人員再次打開減速機檢修孔進行檢查，并拆卸磨機高速軸上端蓋，發(fā)現高速軸小傘齒頭端有明顯拉毛痕跡，檢測高速軸外端軸承間隙較大，且有明顯走外圈現象。電機新軸瓦刮研處理就位后進行空載試車，當機旁開關點動開機后，高速軸端即刻發(fā)出明顯的異常響聲，試車立即停止，根據響聲等初步判斷，估計輥磨減速機高速軸軸承已損壞，高速軸已失效，無法正常運轉。

至本次高速軸失效，該輥磨減速機已正常使用8年，共運行35 002h，期間除更換潤滑油外，未進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)系減速機廠家駐國內辦事處，要求派員來廠協(xié)助檢查判斷，并提供專業(yè)性維護建議；另一方面，回轉窯因無生料被迫止火停產，工廠旋即開展對減速機檢修方案的籌劃。經查發(fā)現，輥磨高速軸小傘齒小端已進入嚙合，磨損變亮；可見范圍內有齒面在中部與尖端已發(fā)生較為嚴重的點蝕；小傘齒前端兩個軸承下部、位于減速機底盤上有一堆軸承散架部件（見圖6）。綜上情況進一步確認，減速機高速軸前端軸承已損毀。

圖3 減速機內部氣爆后的現場情況

圖4 電機前軸瓦溫升曲線

圖5 燒毀的電機前軸瓦

圖6 高速軸失效現場圖片

減速機生產廠家分析指出：減速機故障系短時間內對高速軸造成的較大損傷，建議對減速機進行整機拆卸大修，重點更換減速機的高速軸、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。這是一個徹底的維修方案，實施后可對設備長期安全運行提供重要保障。

通過對國內擁有相同設備及有類似故障發(fā)生廠家處置經歷的了解，鑒于工廠對減速機失效過程發(fā)現及時，第一時間停機動作相對到位，加之修復減速機的諸多原產地備件采購存在期限問題，等待國外專家到廠需要時間，如果整機大修預計需耗時15個工作日以上，且工廠回轉窯和水泥生產工藝線處于停機待料狀態(tài)。經技術部門多方論證，決定對該減速機開展現場臨時性維修，重點對高速軸進行現場拆裝，更換高速軸的三套軸承，并對減速機內部可察看部分進行檢查，以及時恢復生產，減少停產損失。

4 現場維修過程

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。

退出減速機高速軸需用10#槽鋼制作臨時口字型工裝框架一幅（見圖7），上端比高速軸在現場位置高200mm以上，寬度以高速軸大軸套螺孔對應位置長度為宜。在工裝左右槽鋼上與高速軸軸套對應螺孔的位置開啟用于放置螺桿的圓孔各兩個，在卸去大軸套上對應螺栓后，裝上螺桿，并在工裝上用螺帽固定好。在對應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螺絲孔位置擰上螺栓，用于撬棒的旋轉用力支撐點，高速軸外露部分至少用葫蘆分段懸掛支撐。

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

4.2 高速軸的維修

高速軸拆出后，發(fā)現其前端大軸套處外表面已變成焦黑色，表明此處曾經產生過熱，推測內部兩只軸承已損壞（見圖7），這也正是減速機發(fā)生氣爆的原因所在。小傘齒有5個齒中部或尖端已點蝕。

圖7 拆卸高速軸現場工裝

拆下高速軸大軸套發(fā)現：高速軸推力軸承檔走內圈0.35mm，經研究，對高速軸相關部位進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；兩個軸承的間隔環(huán)因磨損進行拋光處理，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，更換前對新軸承進行了測量。組裝過程中每裝配一個部位前后須測量相關尺寸，并與資料中尺寸要求進行核對，控制在偏差允許范圍之內。對小傘齒進行著色探傷，未發(fā)現裂紋，對于點蝕部位，用角磨機進行打磨處理。

4.3 方箱裂紋的維修

進入減速機內部檢查，發(fā)現高速軸支撐方箱軸套孔處有一道100mm長度的微裂紋（見圖9），背面也有一條類似的裂紋，采用氣刨、著色探傷與現場焊接處理，背面裂紋焊接好后用鋼板加筋強化（見圖10）。焊接過程具體注意事項為：

（1）清除裂紋周邊表面油污及油漆,確保不會有油流入焊接區(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。隨后對氣刨出的區(qū)域用球頭銑刀切削掉厚度2～3mm，并仔細清理干凈。

（3）對焊接區(qū)域用烤槍預熱至50℃，加熱區(qū)域范圍盡可能窄。

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

焊條需經烘箱中250～300℃烘干2h以上，現場使用時用保溫筒保溫，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，仔細清除焊渣，用氣動鑿子敲擊焊縫，消除焊接應力。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）方箱軸套內孔焊接全部完成后，仔細打磨焊縫，并隨時用內徑千分尺校對尺寸。

減速機內部其他情況：大傘齒齒形完整，無點蝕等異?，F象，中心豎架及聯(lián)軸器未見異常，減速機內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 方箱側面裂紋焊補后現場

高速軸的回裝按拆卸相反程序進行即可，關鍵節(jié)點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量。由于該減速機檢修孔過小，高速軸回裝后人員無法進入減速機內部查看嚙合情況。解決辦法之一是在回裝前安排人員待在減速機內部，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內部，查看嚙合狀況。前者可仔細分析檢修質量，并做出相應調整，但耗時較長，需兩次回裝高速軸?？紤]到工廠搶修時間緊迫，且已嚴格按減速機生產廠家技術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，最終結果判斷為嚙合尚好，可以達到設備正常運行的標準。

5 后期注意事項

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

（1）輥磨運行參數控制：

輥磨振動值≤1.5mm/s

研磨壓力≤9.5MPa

喂料量≤490t/h

其中，振動值為關鍵控制參數，若振動值超過規(guī)定值，要求采取調整噴水量、喂料量、研磨壓力、料層厚度、風速等措施。

（2）操作要求：要求中控人員精心操作，時刻關注有關運行參數的變化情況，在第一時間反饋異常信息并可緊急停車。同時，要求操作人員密切關注砂、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處置，防止斷料等引起的振動跳停事故。

（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）按照以上研磨參數運行一個月，經檢查確認高速齒齒面嚙合正常后，研磨壓力可加至10.5MPa，投料量可相應增加，振動值仍按上述要求執(zhí)行。

6 結語

本次搶修歷時3d。從恢復生產至2014年7月計劃停機更換新的輥磨減速機，以“盲裝”形式搶修后的減速機順利運行了17個月，確保了工廠正常生產經營，贏得了采購新備機的寶貴時間。

另外，對于同期國內類似引進減速機系統(tǒng)的水泥熟料生產線，由于實際生產工況與設計工況差距較大，普遍加載壓力較大，超產較多，給相關減速機內部配件，尤其是高速軸軸承壽命帶來較大影響，若在線運行時間已超過30 000h，建議及時更換維護保養(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