熱電廠直線振動篩關鍵零部件裂紋的預防探討

關志強

（潞安化工集團公司五陽熱電廠， 山西 長治 046205）

引言

直線振動篩因其結構簡單，性能可靠，篩分效果優異等特點，在熱電廠中細粒級煤炭脫泥脫水、脫介以及物料分級等方面得到了廣泛應用。但熱電廠直線振動篩工作環境惡劣，在工作過程中既會受到物料的沖擊，又會受到煤泥水及介質液體等的侵蝕，從而導致其在持續激振力的影響和作用下，主體結構壽命降低，并經常出現裂紋甚至斷裂。熱電廠直線振動篩經常表現出軸承發熱、轉數不夠、篩分質量降低、有運轉雜音等故障，為此必須從斷裂力學及部件材料等角度綜合分析裂紋產生的原因及發展趨勢，為裂紋的預防提供依據。

1 直線振動篩工作原理

直線振動篩是熱電廠物料篩分過程中所必需的設備，物料在篩面上不停運動，小于篩孔尺寸的物料穿過篩孔后降落，而大于篩孔尺寸的物料則保留在篩面。直線振動篩通常包括篩箱、激振器、彈簧支撐等部分，激振器主要由2 根不同重量的軸構成，并可向不同方向轉動而使篩箱不停產生振動。當前國內熱電廠所使用直線振動篩傾角通常為0°～10°，振動方向角一般在30°～65°范圍內取值。慣性振動篩的振幅通常較大，便于將物料拋出篩面，并避免堵孔；直線振動篩篩分大塊物料時的振幅通常控制在12～14 mm，而用于物料脫水、脫介和脫泥時的振幅通?？刂圃?～14 mm，振幅較大時篩孔尺寸應相應增大，反之，振幅較小時應相應縮小篩孔尺寸；直線振動篩振動頻率通常在700～900 次/min 范圍內。

2 直線振動篩零部件裂紋形成機理

在運行過程中，直線振動篩裂紋故障交替出現，且各故障之間相互影響，直線振動篩傳動系統、彈簧阻尼系統及構件發生裂紋故障后，使得振動篩運行狀態發生改變，既影響整體結構強度，又不利于工作效率的提高。結合工程實踐，熱電廠直線振動篩零部件中間段、固定螺栓、篩箱、側板、底梁、大梁等處較容易形成裂紋甚至發生斷裂，其中直線振動篩零部件是發揮連接作用的關鍵性部件。為有效實現直線振動篩關鍵零部件裂紋預防，必須先對裂紋的形成機理進行分析。

2.1 正常工作狀態下裂紋形成機理

2.1.1 受力分析

將直線振動篩零部件視為均布載荷簡支梁[1]進行受力情況分析，零部件受力結構圖如圖1 所示。

圖1 直線振動篩零部件受力結構圖

由圖1 可得到以下受力公式：

2.1.2 裂紋及斷裂的形成

在進行直線振動篩設計時，各部件的疲勞極限及屈服極限均比工作應力高，且所選取材料的沖擊韌性和延伸率充足，所以必須對關鍵零部件的裂紋形成原因進行分析。由于受使用材料、加工工藝、運行環境等因素影響，直線振動篩零部件結構內部及外表面必定存在0.1 mm 以上的缺陷，這些既有缺陷會在諸多因素影響下快速發展，并引發應力集中現象，在脈動循環交變應力[2]作用下引發裂紋，從而造成直線振動篩零部件結構的疲勞極限降低。根據對直線振動篩零部件裂紋的受力分析可知，其中部往往承受較大的彎曲應力，所以其中部缺陷引發裂紋的可能性最大，甚至會進一步導致直線振動篩零部件的斷裂。

在直線振動篩關鍵零部件諸多的斷裂形態中，塑性斷裂和變形斷裂可由直觀察覺，而包括脆性斷裂、環境斷裂在內的大部分疲勞斷裂均無法通過直觀察覺，因此必須進行其關鍵零部件斷裂演變過程研究。直線振動篩的受力部件大多為普通碳素鋼、碳素結構鋼等塑性材料，發生斷裂時并無明顯的屈服階段，而斷裂后塑性變形較大，斷裂后斷口表現出明顯的脆性斷裂特征。根據線彈性理論[3]，在受到靜應力作用后，如果關鍵零部件裂紋尺寸比臨界裂紋尺寸小，則裂紋一般不會繼續擴展，而受到變應力作用時，裂紋則會繼續擴展，待達到臨界尺寸后擴展程度增大，直至發生脆性斷裂。

2.2 非正常工作狀態下裂紋形成機理

熱電廠直線振動篩均在一定工作制度下運行，但在更換不同重量零部件、雙層篩改為單層篩、雙層篩加強焊接鋼板而造成參振質量改變、給料不均、彈簧損壞等的特殊情況下，都會引起正常工作制度和工作狀態的改變，從而改變篩分機固有頻率，引發篩箱重心偏移，導致其篩箱圍繞中心搖擺不定，進而加速橫梁等關鍵零部件裂紋的產生和擴大。

3 直線振動篩關鍵零部件裂紋預防

3.1 側板開裂預防

直線振動篩側板開裂主要表現為順振動向開裂和與振動向垂直開裂兩類。對于前者而言，應將正方形副板添加至裂紋周圍20 cm 范圍處進行加固；對于后者，則必須進行側板整體性加固，并對整體鉚接副板進行處理，以避免側板整體發生斷裂。

3.2 底梁中部裂紋預防

直線振動篩底梁與受篩原煤接觸時間長，在不斷的振動及原煤碰撞下，其中間部位發生裂紋的可能性較大，對于底梁中部裂紋必須進行打坡口處理，并采用塞焊及斷續焊將副板焊接至底梁，并將坡口處焊接平整，以增強底梁結構強度。

3.3 激振器大梁裂紋預防

直線振動篩結構中的激振器是主要裝置，激振器大梁的作用尤為關鍵，但其在長時間運行后也會發生裂紋，為此，必須在可能發生裂紋處開坡口，坡口尺寸要與鋼板厚度相同，并將坡口焊接平整。通過嚴格控制焊接溫度、時間及焊條類型來保證焊接質量，完成焊接后，還應在裂紋處增焊副板，在副板上增焊加強筋，以保證激振器大梁抗疲勞性能的提升。

3.4 出入料口擋板裂紋預防

物料長時間運動會導致出料口擋板因受磨損而變薄以及物料無法準確降落至盲板，這也是引發出料口擋板裂紋和入料口擋板裂紋的主要原因。因此，必須將出料口擋板組件堆焊至原來厚度，并進行磨平處理，以增強出料口擋板的抗磨損程度；同時需調整入料口高度、角度等參數，保證物料能準確無誤降落至盲板，并通過槽鋼、方管等對裂紋處進行加固處理。

直線振動篩關鍵零部件裂紋預防除應采取以上措施外，還應加強對緊固件、傳動件、橡膠撓性聯軸器、三角帶等的檢查，具體包括激振器、電機連接地面螺栓的穩定程度，篩板上楔釘及螺栓牢固、齊全程度，壓條和木楔是否松動短缺以及連接處螺栓與鉚釘是否短缺松動，此外還需關注激振器主軸的靈活度，軸承潤滑、密封等情況。

4 結論

直線振動篩結構簡單、運行高效、性能優異，通過其篩網振動可有效篩分各類物料，而通過對其關鍵零部件裂紋進行預防，有效促進了直線振動篩性能優勢的發揮和生產效率的提升。