旋振篩優(yōu)化改造研究

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(shè)計(jì)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(jìn)口旋振篩，其作用是有效篩分散裝尿素中的細(xì)粉尿素，最大限度降低尿素中的粉塵含量[1]。近年來(lái)受天然氣漲價(jià)、企業(yè)生產(chǎn)成本不斷升高以及尿素價(jià)格持續(xù)走低的大環(huán)境影響，同行業(yè)間市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力日益加劇，產(chǎn)品質(zhì)量成為企業(yè)是否更具有競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)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(guó)產(chǎn)旋振篩(精細(xì)篩分機(jī))，新旋振篩自投用以來(lái)，故障頻繁，無(wú)法滿足正常使用。

1 旋振篩的工作特點(diǎn)

1.1 旋振篩機(jī)理

旋振篩運(yùn)行時(shí)作往復(fù)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由偏心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提供，使得箱體在水平面作旋轉(zhuǎn)，達(dá)到顆粒尿素能夠在篩網(wǎng)上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的目的，與此同時(shí)，需要傾斜篩面，使得細(xì)粉尿素通過(guò)篩網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)細(xì)粉尿素的篩選。旋振篩的動(dòng)力由三相異步電動(dòng)機(jī)提供，箱體的振動(dòng)由激振器引起，激振器由三角帶帶動(dòng)，完成整個(gè)動(dòng)力的傳輸過(guò)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(hù)設(shè)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(duì)物料進(jìn)行篩分，其主要參數(shù)如下：型號(hào)為BZSJ2 036，電機(jī)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(shè)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(gòu)：該機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)裝置、篩體、篩網(wǎng)、篩架、彈性支撐裝置等組成，篩機(jī)通過(guò)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(shè)備篩架四個(gè)角上[3]。

工作原理：細(xì)分尿素從旋振篩的頂部進(jìn)入到進(jìn)料口中，細(xì)粉尿素會(huì)被布料器快速的分散在篩網(wǎng)上，其篩分運(yùn)動(dòng)主要分為兩種形式：往復(fù)回旋式運(yùn)動(dòng)和前后往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。往復(fù)回旋式運(yùn)動(dòng)的作用是將細(xì)粉尿素進(jìn)行迅速的分散，在特定往復(fù)回旋運(yùn)動(dòng)的影響下，在進(jìn)料口細(xì)粉尿素會(huì)以短橢圓的形式進(jìn)行回旋運(yùn)動(dòng)，在細(xì)粉尿素向出料口的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)軌跡逐漸由短橢圓變?yōu)殚L(zhǎng)橢圓。前后往復(fù)式運(yùn)動(dòng)能夠使細(xì)粉尿素在篩選過(guò)程中實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，保證了篩分質(zhì)量。自清網(wǎng)系統(tǒng)的作用是篩除細(xì)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(yùn)動(dòng)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(xì)粉粘連物，確保旋振篩在運(yùn)作過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)篩網(wǎng)堵孔的現(xiàn)象，進(jìn)而提高了旋振篩的運(yùn)行效率。

2 旋振篩的故障現(xiàn)象

自從設(shè)備安裝至投用以來(lái)，故障頻繁，部門不斷進(jìn)行檢修修復(fù)，但是同一故障反復(fù)出現(xiàn)，設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間低于72 h，無(wú)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?jī)蓚?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(duì)故障現(xiàn)象，同時(shí)借鑒原進(jìn)口旋振篩懸吊鋼絲繩配件，配合旋振篩廠家人員進(jìn)行升級(jí)改造。針對(duì)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(hù)套環(huán)，套環(huán)尺寸選用M18，避免旋振篩運(yùn)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(duì)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(duì)尾部連接板塊進(jìn)行加厚、加固處理，將尾部連接板由3 mm改為12 mm，重新進(jìn)行更換焊接處理；(4)再次確認(rèn)旋振篩頭部及尾部篩架兩側(cè)懸空高度，對(duì)其四個(gè)角兩兩找平；(5)對(duì)篩體兩側(cè)與工字鋼篩架間距進(jìn)行確認(rèn)，調(diào)整為一致；

以上措施整改完畢，投入負(fù)載連續(xù)運(yùn)行，加強(qiáng)巡檢及關(guān)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(duì)故障原因進(jìn)行分析。鋼絲繩具有較高的強(qiáng)度和柔性，目前被大量的建筑、機(jī)械設(shè)備機(jī)構(gòu)中采用，然而鋼絲繩的承載受力過(guò)程十分復(fù)雜，在實(shí)際工況中，鋼絲繩既要承受拉伸力，同時(shí)還承受彎曲力和扭轉(zhuǎn)力，即使鋼絲繩擁有很好的力學(xué)性能，但在復(fù)雜的受力環(huán)境下，其強(qiáng)度極限和使用壽命會(huì)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(guò)程具有重要的意義，同時(shí)為選擇鋼絲繩的型號(hào)提供指導(dǎo)意義。通常情況下計(jì)算鋼絲繩的受力以應(yīng)力為主[5]。

拉應(yīng)力計(jì)算如式(1)所示：

式中：F為鋼絲繩為實(shí)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(guò)查表得到；k為鋼絲繩的不均勻系數(shù)。有公式可以明確計(jì)算鋼絲繩強(qiáng)度時(shí)，需要考慮鋼絲繩中鋼絲根數(shù)的影響。

彎曲應(yīng)力計(jì)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(yīng)力的計(jì)算如式(3)所示：

式中：L為導(dǎo)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(dǎo)程越長(zhǎng)，擠壓力越大，因此通常情況下，選用鋼絲繩的時(shí)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(dòng)載荷的承受時(shí)間大部分為設(shè)備的啟停時(shí)刻，即承受慣性載荷。一般而言，計(jì)算鋼絲繩的受力，采用靜力進(jìn)行計(jì)算。

式中：Fp為鋼絲繩發(fā)生斷裂時(shí)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(guān)表中可查。因此可根據(jù)公式來(lái)檢驗(yàn)鋼絲繩的強(qiáng)度。旋振篩總重量約為4 650 kg，選擇直徑為20 mm，型號(hào)為20NAT35W*7+FC1770ZS的無(wú)捻鋼絲繩可以滿足強(qiáng)度需求。同理，進(jìn)而逐步檢驗(yàn)鋼絲繩的配件如吊環(huán)、鎖具螺旋扣等配件的強(qiáng)度，選擇合適的尺寸以確保相關(guān)配件能夠正常承載。

針對(duì)尾部連接板之間的開裂，其原因主要為焊縫處出現(xiàn)應(yīng)力集中，長(zhǎng)時(shí)間受到載荷的作用，會(huì)發(fā)生疲勞的現(xiàn)象，焊縫逐漸出現(xiàn)裂紋，當(dāng)微細(xì)裂紋擴(kuò)展并且數(shù)量足夠多時(shí)，焊縫處的結(jié)構(gòu)剛度不足，滿足不了其承載要求，發(fā)生彈塑性變形，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生材料斷裂，宏觀的表現(xiàn)為焊縫開裂，因此需要改進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)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(shè)備在運(yùn)行中存在受力不均情況，頭部擺動(dòng)幅度與尾部彈性支撐結(jié)構(gòu)受力不匹配，存在設(shè)計(jì)缺陷，作用應(yīng)力集中在設(shè)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(jī)頭部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)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(fù)載連續(xù)運(yùn)行，使用周期延長(zhǎng)至30天以上。結(jié)果表明，改造前出現(xiàn)問(wèn)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(shuō)明改造方向的正確性，因此對(duì)整改措施進(jìn)行研究，考慮對(duì)尾部彈性支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)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(qiáng)筋，然后安裝摩擦板支撐。摩擦板支撐下邊安裝磨床加工過(guò)的摩擦板，減少箱體往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)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(fù)合石墨并經(jīng)過(guò)強(qiáng)化處理，以保證長(zhǎng)久的使用壽命以及高的支撐力。水平方向運(yùn)動(dòng)的箱體可以減少垂直方向上的附加振動(dòng)，可以減少底架傳遞給吊架的垂直動(dòng)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(jī)構(gòu)，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(dòng)部件，減少了相互之間的扭力

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)旋振篩的機(jī)理分析，明確了其工作原理，結(jié)合選用的具體設(shè)備，分析了其故障發(fā)生的原因，并以此為依據(jù)對(duì)旋振篩進(jìn)行了優(yōu)化改造，提高了設(shè)備的使用壽命和篩分質(zhì)量。實(shí)踐表明，通過(guò)對(duì)旋振篩的升級(jí)，設(shè)備在連續(xù)負(fù)載運(yùn)行6個(gè)月后，未出現(xiàn)任何問(wèn)題，驗(yàn)證了設(shè)備改造升級(jí)的有效性。