管式磨中空軸斷裂分析與預防

劉長雨，亓勝玉，戴景明，胡彥方

管式磨中空軸斷裂分析與預防

Analysis and Prevention of Tube Mill Hollow Shaft Fracture

劉長雨1，亓勝玉2，戴景明1，胡彥方1

管式球磨機中空軸發生裂紋和斷裂在水泥行業較為常見。一般裂紋的發生部位多在中空軸肩R角處，向中空軸表面或向法蘭處延伸，如發現不及時，就有可能發生設備事故，因此中空軸裂紋的早期發現和預防是水泥企業的一個重要課題。

1 中空軸磨機的結構與運行狀態

1.1 磨機結構

中空軸磨機由筒體、兩端中空軸、軸承座及滑動軸承組成，中空軸承擔著整個磨體重量和研磨體重量，以?3.8m×13m磨機為例，整體重量約在400t左右。中空軸與筒體用法蘭螺栓連接。

1.2 磨機運行狀態

當磨機帶料運行時，磨內鋼球與物料隨磨機旋轉作用而形成一定角度。當磨機轉數在15.3r/min、鋼球填充率在30%左右時，球體的拋離角度在50°左右。一部分鋼球做拋落運動，而其余鋼球做瀉落運動，從而對物料進行粉碎和研磨。而相對于設備而言，是在做不均勻的旋轉運動，這種運動對中空軸和減速機都造成了損害，由于磨機作用給減速機與中空軸的輸出力為變量且不在中心，又形成了扭振。這樣中空軸肩與磨機筒體法蘭處R角既承擔著磨機整體重量又在不均勻運動中受扭力最大、應力集中，是磨機中空軸較為敏感之處，在長期的高負荷狀態下運行，此處就極易發生裂紋。

2 中空軸發生斷裂的原因分析

（1）經我們對磨機運行各階段的調查發現，發生斷裂的磨機中空軸中既有直斷面也有成45°斜面斷裂的。一般扭振造成的斷裂面成45°角，疲勞造成的多為直斷面。因此，發生斷裂的原因既有扭振造成的也有疲勞造成的損傷。

（2）基礎不均勻沉降造成磨機與減速機同軸度下降，磨機主軸瓦與磨機旋轉切入方向的磨損造成減速機與磨機中心線發生變化，使中空軸在運行過程中反復彎曲變形引發材料的疲勞發生斷裂。

（3）制造缺陷，砂眼、隱性裂紋造成的損傷。

以上原因均會對中空軸造成傷害。例如：某廠?3.8m×13m磨機使用4年未對磨機與減速機中心及水平進行測量調整，在生產期間發現中空軸與筒體聯結螺栓不斷被切斷，屢換屢斷。后來采取了將中空軸法蘭與磨筒體法蘭側面焊接加強筋方式處理，法蘭螺栓斷裂減少。兩個月后，發現中空軸出現兩道裂紋，一道向法蘭盤處延伸，一道向中空軸方向延伸。后經測量發現，磨機進料端低于出料端2mm，磨機中心低于減速機中心線2.8mm，且向磨機旋轉切入方向一側偏移2.3mm。技術人員據此作出調整及焊接處理中空軸，螺栓斷裂現象消失。

3 對中空軸裂紋的早期發現和預防

表1 中空軸磨機斷裂原因統計分析

對中空軸裂紋的早期發現和預防是保證磨機安全運行的關鍵，根據我們的經驗采取下列措施可降低或杜絕發生中空軸裂紋的風險。

3.1 在設計上加大中空軸R角的尺寸，在不影響出料篩安裝的情況下適當加大中空軸R角處的厚度，提高強度，降低此處應力，減少發生裂紋的幾率。

3.2 加強中空軸制造過程中的質量控制，鑄件及加工過程中要進行探傷檢查。

3.3 通過輔助設備故障發現中空軸裂紋

（1）稀油站油位不穩定下降。據統計，有多臺磨機發現中空軸稀油站油位不穩定且持續降低，檢查軸承箱體未發現外泄，稀油站熱交換器（冷卻器）未發現泄漏。經檢查中空軸發現貫通裂紋。當磨機旋轉時，裂紋隨磨機運行不斷開合，潤滑油進入中空軸內，混入物料流失。

（2）稀油站油位降低的另一原因也有可能是軸瓦座循環水套開裂與主軸瓦高壓油槽貫通產生泄漏，因此，當發生油站油位持續不穩定下降時，要綜合分析，檢查處理問題。

3.4 定期檢查

（1） 磨機投入運行一年后，每年利用大修時間對磨機標高與減速機中心線、水平線進行測量，根據測量情況進行調整。定期檢查調整可有效提高中空軸使用壽命，減少中空軸發生裂紋風險。

（2） 每3個月利用故障停車機會，用慢盤車裝置，對中空軸表面，尤其是R角處進行表面檢查；對法蘭螺栓進行緊固檢查；對螺栓孔進行表面裂紋檢查；以上檢查時間不會大于2h，發現問題及時解決，以保證磨機的安全運行。

（3） 磨機運行過程中，要根據磨機實際能力調整參數，盡量避免超負荷運行和帶病運行，提高磨機使用壽命。

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2011-07-11； 編輯：呂 光