鈾轉(zhuǎn)化工序管鏈機(jī)故障分析與研究

鄭 剛

（中核四〇四有限公司，甘肅蘭州 732850）

0 引言

管道鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng)簡稱管鏈機(jī)，鈾轉(zhuǎn)化工序管鏈機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行直接影響整個(gè)生產(chǎn)線的連續(xù)穩(wěn)定性。管鏈機(jī)一旦出現(xiàn)故障，將直接影響氫氟化工序至氟化工序的連續(xù)運(yùn)行。目前，中核四〇四有限公司（以下簡稱“公司”）鈾純化轉(zhuǎn)化生產(chǎn)工藝中，所使用的物料輸送系統(tǒng)主要有螺旋輸送器、氣力輸送系統(tǒng)和管鏈機(jī)輸送系統(tǒng)。螺旋輸送器雖然具有密閉性好等特點(diǎn)，但是由于是短距離輸送物料，無法實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)任意路線的輸送，存在著輸送能力低、螺旋輸送軸磨損嚴(yán)重、可修復(fù)性差等缺點(diǎn)，再加上廢舊的螺旋軸造成公司放射性廢物增加，進(jìn)一步增加了處理成本。相比之下，氣力輸送裝置輸送效率高、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，輸送管線布置的可選擇性大，但存在能耗高、尾氣產(chǎn)生量大，造成放射性尾氣處理工藝復(fù)雜、成本高，并且對(duì)所屬送物料的可流動(dòng)性、其他影響濕度的雜質(zhì)要求高，管道容易堵塞，存在物料大量外泄的隱患。

在公司氫氟化工序至氟化工序的固體粉末物料輸送過程中，使用管鏈機(jī)輸送系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)不同廠房之間的物料輸送，但在運(yùn)行初期，系統(tǒng)故障率較高，直接影響到整個(gè)生產(chǎn)線的連續(xù)穩(wěn)定性。下面主要對(duì)管鏈機(jī)故障類型進(jìn)行分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)，達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。

1 管鏈機(jī)的工作原理和特點(diǎn)

1.1 工作原理

管鏈機(jī)主要由管道、鏈條、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等部分組成，主要輸送含有部分氫氟酸的、黏度較高的粉末狀四氟化鈾物料。運(yùn)行過程中，在內(nèi)部鏈條上每隔一節(jié)裝有一個(gè)推料的刮板，當(dāng)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)后，鏈條開始隨著驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，輸送管道內(nèi)的鏈條向前移動(dòng)，同時(shí)鏈條上的刮板將進(jìn)入輸送管道內(nèi)的物料向前推動(dòng)，當(dāng)推料刮板將物料推到輸送管道出口時(shí)，物料隨即從下料口落下，而推料刮板繼續(xù)隨著鏈條向前移動(dòng)，直至繞過驅(qū)動(dòng)輪經(jīng)返回管道向后移動(dòng)，最后繞過后端從動(dòng)輪進(jìn)一步進(jìn)入輸送管道進(jìn)行推料。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了密閉性內(nèi)循環(huán)的物料輸送目的。

1.2 工作特點(diǎn)

（1）密閉輸送，環(huán)保清潔。管鏈機(jī)是密閉式輸送系統(tǒng)，被輸送的物料從進(jìn)口到出口，整個(gè)過程始終處在密閉空間內(nèi)，出口無需增設(shè)除塵裝置。物料輸送中沒有粉塵泄漏到周圍環(huán)境中，滿足放射性物料輸送的環(huán)保防護(hù)要求。

（2）任意空間，多維分布，結(jié)構(gòu)緊湊。由于是通過鏈條沿著管道移動(dòng)，所以可以實(shí)現(xiàn)水平、傾斜、豎直和彎曲等進(jìn)行組合。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)任意方向的物料輸送能力。

（3）安全可靠，輸送能力大。管鏈機(jī)是純機(jī)械設(shè)備輸送系統(tǒng)，牽引力大，重裝系數(shù)高，物料輸送能力達(dá)，輸送距離遠(yuǎn)，單臺(tái)水平輸送距離和垂直輸送距離可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送。

（4）結(jié)構(gòu)簡單，便于操作。管鏈機(jī)輸送過程中，整個(gè)系統(tǒng)屬于平壓，同時(shí)安裝有觀察孔、檢修孔、掏料孔，可以直接觀察物料在管道內(nèi)的輸送情況。設(shè)備維護(hù)簡單，清掃與清潔裝置保證物料達(dá)到防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

2 故障分析

管鏈機(jī)驅(qū)動(dòng)軸主要分為主動(dòng)軸和從動(dòng)軸兩部分。主動(dòng)軸直接安裝于減速機(jī)軸孔內(nèi)，主要采用FAF97 系列平行軸減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，主動(dòng)鏈輪通過鍵連接安裝于主動(dòng)軸上，主動(dòng)軸另一側(cè)采用端蓋固定，切軸端安裝直徑為20 mm。從動(dòng)軸采用兩端支撐，整個(gè)從動(dòng)部分固定在活動(dòng)機(jī)架上，便于調(diào)節(jié)整個(gè)鏈條在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的松緊程度。

管鏈機(jī)驅(qū)動(dòng)軸斷裂現(xiàn)象主要有兩種：①主動(dòng)軸軸端固定軸承內(nèi)軸斷裂，造成機(jī)箱側(cè)邊軸端固定軸承失效，鏈輪發(fā)生撓度變形，進(jìn)一步引起鏈輪擺動(dòng)，最終導(dǎo)致鏈條故障；②主動(dòng)軸與主動(dòng)輪裝配處鏈輪內(nèi)軸斷裂，直接造成鏈輪掉落，與整個(gè)驅(qū)動(dòng)單元脫離，造成管鏈機(jī)故障。

2.1 驅(qū)動(dòng)軸斷裂原因分析

（1）驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)及質(zhì)量缺陷。目前，鈾轉(zhuǎn)化工序使用的管鏈機(jī)主要為1#、2#、3#、4#和5#，其驅(qū)動(dòng)軸與減速機(jī)裝配直徑在60～70 mm。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用過程中，5 條管鏈機(jī)的長度均不相同，輸送物料量也時(shí)刻在動(dòng)態(tài)變化，鏈條在運(yùn)行過程中整個(gè)零部件存在瞬時(shí)應(yīng)力集中現(xiàn)象。由于鏈輪與軸的配合處驅(qū)動(dòng)軸直徑為30 mm，存在設(shè)計(jì)過程中只考慮系統(tǒng)的凈負(fù)載計(jì)算、忽略瞬時(shí)負(fù)載應(yīng)力集中現(xiàn)象，可能造成自身強(qiáng)度不夠。

（2）疲勞斷裂。在連續(xù)、長期的運(yùn)行過程中，鏈條收到相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)載荷作用，盡管這種運(yùn)動(dòng)載荷比鏈條受到的瞬時(shí)集中載荷是的沖擊力量小得多，但周而復(fù)始地承受這種交變載荷的作用，同時(shí)物料內(nèi)的氫氟酸等腐蝕性介質(zhì)對(duì)軸造成腐蝕性損壞，導(dǎo)致自身強(qiáng)度下降而引起軸的疲勞斷裂。

（3）負(fù)載過大。鏈條張力過大同樣可以引起驅(qū)動(dòng)軸斷裂，常見的有兩種情況：①鏈條調(diào)節(jié)過緊，增大了鏈條的初張力，進(jìn)一步造成兩端驅(qū)動(dòng)軸的徑向剪切力過大，而在管鏈機(jī)運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)軸還要受到整個(gè)鏈條傳遞的扭矩力，同樣容易出現(xiàn)鏈條卡頓的情況，一旦鏈條卡頓、裝置毫無緩沖余地，極易造成整個(gè)系統(tǒng)瞬時(shí)能量集中在驅(qū)動(dòng)軸各個(gè)連接處引起驅(qū)動(dòng)軸斷裂；②管鏈機(jī)在滿載或超載的情況下頻繁啟停，如果超過了驅(qū)動(dòng)軸的極限強(qiáng)度值，也容易造成斷軸。

2.2 鏈條故障分析

管鏈機(jī)在運(yùn)行過程中鏈條故障主要以鏈條斷裂和刮板掉落為主。

（1）銷釘斷裂。管鏈機(jī)的啟動(dòng)順序必須是先開機(jī)空轉(zhuǎn)2～5 r后才可開啟進(jìn)料閥，如果順序顛倒，會(huì)造成物料在進(jìn)料口瞬時(shí)堆積，鏈條瞬時(shí)張力過大或使得鏈條超負(fù)載運(yùn)行而導(dǎo)致板鏈連接軸銷斷裂。

（2）軸銷滑出，鏈條斷鏈。管鏈機(jī)刮板與刮板之間的連接軸銷的軸向防脫卡是普通開口銷定。在運(yùn)行過程中，受物料內(nèi)的腐蝕性雜質(zhì)的影響，造成開口銷腐蝕后脫落，隨著鏈條的運(yùn)動(dòng)軸銷逐漸從銷孔中滑出，引起鏈條斷鏈。

（3）刮板掉落，鏈條斷鏈。目前管鏈機(jī)所用的刮板結(jié)構(gòu)形式為兩半對(duì)扣并通過一個(gè)M6 的加長螺桿連接，在連續(xù)運(yùn)行過程中，受腐蝕性雜質(zhì)的影響螺栓逐步被腐蝕，刮板開始松動(dòng)，最終導(dǎo)致螺桿斷裂、刮板脫落、鏈條斷鏈。

3 優(yōu)化與改進(jìn)措施

（1）嚴(yán)格保證零部件自身設(shè)計(jì)強(qiáng)度。按照輸送物料的特點(diǎn)，適當(dāng)放大理論負(fù)載，將驅(qū)動(dòng)軸軸徑根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件適當(dāng)放大1.5倍，保證驅(qū)動(dòng)軸的自身強(qiáng)度。

（2）重新設(shè)計(jì)刮板結(jié)構(gòu)形式。為了消除刮板緊固螺栓失效后的刮板脫落現(xiàn)象，將原有的兩半對(duì)扣式刮板設(shè)計(jì)為整體式板鏈穿透結(jié)構(gòu)，并將刮板與板鏈焊接為一體，可完全實(shí)現(xiàn)目的。

（3）重新設(shè)計(jì)軸銷結(jié)構(gòu)形式。考慮到開口銷失效后，銷釘從板鏈中滑出。將現(xiàn)有連接銷形式改為螺紋緊固防脫，并在螺母與板條之間增加防脫彈簧墊，實(shí)現(xiàn)了完全防脫的目標(biāo)。

（4）防止鏈條過松或過緊。管鏈機(jī)開機(jī)后，打開尾箱蓋，查看鏈條在運(yùn)行過程中的松緊狀態(tài)，通過機(jī)尾彈簧調(diào)節(jié)緩沖器進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免鏈條松弛造成“潰鏈”現(xiàn)象或張力過大造成的鏈條運(yùn)行阻力增加。

4 結(jié)論

管鏈機(jī)作為氫氟化工序至氟化工序的物料傳輸裝置。必須保證自身零部件的強(qiáng)度和合理的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，才能有效保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，避免系統(tǒng)故障。

本文對(duì)管鏈機(jī)常見的幾種故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和原因分析，尤其是對(duì)設(shè)備本身結(jié)構(gòu)的重新優(yōu)化改進(jìn)，完全達(dá)到了保證管鏈機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的目的。生產(chǎn)線5 條管鏈機(jī)自改進(jìn)更換后至今（約2 年）的運(yùn)行時(shí)間，未發(fā)生驅(qū)動(dòng)軸斷裂和鏈條斷鏈等故障現(xiàn)象，因此，有效保障了整個(gè)鈾轉(zhuǎn)化工序的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。