水下攪拌器損壞原因分析及改進

李國盛

(佛山市新之源污水處理有限公司，廣東 佛山528000）

1 概述

我公司某污水處理廠的污泥池安裝有一臺水下攪拌器，用于污泥池的污泥攪拌。自投產使用以來，經常出現機械密封損壞的現象，造成攪拌器故障，影響了污水處理生產的正常運行。為此，分析導致攪拌器機械密封損壞的原因，并通過技術改造，徹底解決這一問題。

2 故障情況

起吊攪拌器并對其進行拆卸，通過對攪拌器機械密封進行解體檢查，發現靜環密封面上有幾處較大的缺口，動靜環密封表面均有深淺不一的溝槽。從機封結構上來看，靜環座與密封腔之間沒有止口定位結構，安裝時靜環座和軸套的同心度主要靠人工手動調整。對攪拌器進行對中復查，并對電機單試，發現電機運轉平穩，并無明顯振動。同時，每次機封檢修時都會看到動靜環的磨損非常嚴重，動環承磨臺被磨平，靜環碎裂成幾塊，機封處軸套受靜環碎塊的摩擦被磨穿，機封處軸擺動量目測值在3-5mm。減速箱處軸套向著葉輪側內孔端口處存在寬約8mm、深約0.5mm 的磨損痕跡。

改造前攪拌器結構見圖1。

3 原因分析

3.1 攪拌器振動較大

由于攪拌器安裝在垂直的導桿上，由于導桿較長，材料剛度亦不夠，引起了共振。攪拌器振動較大，使減速箱處軸套與攪拌軸之間出現磨損，導致攪拌軸出現擺動。減速箱兩支撐軸承距離太近，軸套太短，攪拌軸懸臂太長，攪拌軸撓度較大，隨著攪拌器的運行，攪拌軸與軸套之間的磨損進一步加大，導致攪拌軸擺動量逐漸增大，過大的擺動量進一步導致整臺攪拌器的振動也越來越大，反之，攪拌器的振動又加劇了減速箱軸套與攪拌軸的磨損，從而進一步促使擺動量的增大，形成惡性循環，最終導致機械密封頻繁損壞泄漏。

3.2 機封組件設計存在不足

攪拌器機械密封組件簡圖見圖2 。

3.2.1 機封摩擦副材料不合理

原機封摩擦副為碳石墨一碳化硅材質，屬軟一硬配合，因工作介質含細微砂粒，容易導致動環磨損，從而使機械密封失效泄漏。

3.2.2 靜環與機封處軸套間隙過小

由于靜環座在安裝時與密封腔之間沒有定位結構，安裝時靜環與軸套的同心度完全依靠檢修人員的判斷，靜環與軸套之間單邊間隙僅為0.5mm，因此，靜環座的安裝誤差加上攪拌器過大的軸擺動，靜環很容易與軸套摩擦被擠壓碎裂，從而導致機械密封失效泄漏。

3.2.3 靜環座結構設計缺陷

在圖2 攪拌器機械密封組件簡圖中，定位卡環有兩個作用，一是安裝時控制補償環波紋管的壓縮量；二是對安裝時靜環和攪拌軸軸套的同心度有一定的輔助定位作用，但是并不能從根本上保證同心度。實際操作中，憑維修人員的經驗技術水平保證有一定的偶然性。因此，安裝誤差及攪拌軸的跳動容易導致摩擦碰撞。

4 技術改造

4.1 導桿剛度

對導桿進行加強剛度處理，燒焊加強筋，增加壁厚，因導桿是空心管，所以采取往其澆灌環氧樹脂與水泥混合物，待硬化達到強度時使用。

4.2 靜環尺寸

靜環設計內徑為67mm，配合的軸套外徑為66mm，兩者之間的間隙單邊為0.5mm。針對攪拌器運行過程中攪拌軸擺動量過大易擠壓靜環造成其碎裂的問題，將靜環內徑增大為68mm，使兩者的間隙單邊增大為1.0 mm，從而增加靜環緩解攪拌軸擺動的能力，進而避免攪拌軸擺動時對靜環的擠壓。

4.3 動靜環材料

原靜環材料為碳化硅，其抗沖擊韌性很差，脆性大，在攪拌軸的擠壓下很容易碎裂。針對這種情況，將靜環材料改為含鈷量較大的碳化物硬質合金，在一定程度上提高了靜環的抗擊沖韌性。原動環材料為碳一石墨環，因介質含細小顆粒，動環磨損嚴重，故改為碳化鎢硬質合金，機封由軟一硬配合改為硬一硬配合。

4.4 靜環座止口定位

靜環座與軸套的同心度靠定位卡環調節，定位卡環起兩個作用：①安裝時預設波紋管的壓縮量；②安裝時通過它與鎖緊環及靜環座的相對位置來判斷靜環座與軸是否同心，當機械密封組件安裝完畢后，將其取出。對靜環座的結構進行改造，增加了凸臺止口定位結構，密封腔殼體內壁與靜環座止口間隙單邊為0.05mm，靜環座密封墊要用"O"形環，直徑3mm，改造后靜環座見圖3 。

4.5 加長軸套以降低撓度

軸套端部內徑由55 mm 擴大為77mm，并根據現場實際安裝空間，測量確定新軸套的長度和其他尺寸，所用材料為45# 鋼，并將其與原軸套配合安裝在一起，使其成為一個整體，從而降低攪拌軸的撓度，如圖4。兩軸套配合處采用過盈配合，過盈量為0.05mm，熱套安裝，并在新軸套與舊軸套端面連接處沿圓周點焊4 點以加大連接強度。新軸套端部沿圓周加工3 個螺紋孔（均布），安裝時用3 顆M14 的頂絲把軸與新軸套鎖緊，鎖緊軸套時，要打表測量，保證軸套與軸的同心度，軸套鎖緊后，3 顆頂絲分別用螺母鎖緊，防止運行中頂絲脫落。

由圖1 可見，止推板和中心螺釘是用來限制攪拌軸向著葉輪方向軸向竄動的，而止推環是用來限制攪拌軸沿背離葉輪方向軸向竄動的。由于新軸套的安裝導致原來限制攪拌軸竄動的止推環無法安裝。針對此情況，對止推板進行了改造將其外徑由原來的8 0mm增至9 6mm，重新加工新止推板，原中心孔不動，在7 6 m m 圓周上新增加了均勻分布的4 個孔，孔徑為9 mm，原中心位置螺釘仍然不變，另外用4 顆M8 的螺釘將止推板沿圓周新加工的4 個孔固定在原軸套上，從而限制了攪拌軸的反向竄動。

結語

經過實踐檢驗，污泥池水下攪拌器經過以上技術改造后，自2009 年至今運行正常，徹底消除了攪拌器的振動和攪拌軸的運行跳動，機械密封再未出現非正常損壞及泄漏，使用壽命大大加長。因此，污泥池水下攪拌器的技術改造取得成功，效果理想，保證了污水處理生產的正常運行。

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