水下搅拌器损坏原因分析及改进

李国盛

(佛山市新之源污水处理有限公司，广东 佛山528000）

1 概述

我公司某污水处理厂的污泥池安装有一台水下搅拌器，用于污泥池的污泥搅拌。自投产使用以来，经常出现机械密封损坏的现象，造成搅拌器故障，影响了污水处理生产的正常运行。为此，分析导致搅拌器机械密封损坏的原因，并通过技术改造，彻底解决这一问题。

2 故障情况

起吊搅拌器并对其进行拆卸，通过对搅拌器机械密封进行解体检查，发现静环密封面上有几处较大的缺口，动静环密封表面均有深浅不一的沟槽。从机封结构上来看，静环座与密封腔之间没有止口定位结构，安装时静环座和轴套的同心度主要靠人工手动调整。对搅拌器进行对中复查，并对电机单试，发现电机运转平稳，并无明显振动。同时，每次机封检修时都会看到动静环的磨损非常严重，动环承磨台被磨平，静环碎裂成几块，机封处轴套受静环碎块的摩擦被磨穿，机封处轴摆动量目测值在3-5mm。减速箱处轴套向着叶轮侧内孔端口处存在宽约8mm、深约0.5mm 的磨损痕迹。

改造前搅拌器结构见图1。

3 原因分析

3.1 搅拌器振动较大

由于搅拌器安装在垂直的导杆上，由于导杆较长，材料刚度亦不够，引起了共振。搅拌器振动较大，使减速箱处轴套与搅拌轴之间出现磨损，导致搅拌轴出现摆动。减速箱两支撑轴承距离太近，轴套太短，搅拌轴悬臂太长，搅拌轴挠度较大，随着搅拌器的运行，搅拌轴与轴套之间的磨损进一步加大，导致搅拌轴摆动量逐渐增大，过大的摆动量进一步导致整台搅拌器的振动也越来越大，反之，搅拌器的振动又加剧了减速箱轴套与搅拌轴的磨损，从而进一步促使摆动量的增大，形成恶性循环，最终导致机械密封频繁损坏泄漏。

3.2 机封组件设计存在不足

搅拌器机械密封组件简图见图2 。

3.2.1 机封摩擦副材料不合理

原机封摩擦副为碳石墨一碳化硅材质，属软一硬配合，因工作介质含细微砂粒，容易导致动环磨损，从而使机械密封失效泄漏。

3.2.2 静环与机封处轴套间隙过小

由于静环座在安装时与密封腔之间没有定位结构，安装时静环与轴套的同心度完全依靠检修人员的判断，静环与轴套之间单边间隙仅为0.5mm，因此，静环座的安装误差加上搅拌器过大的轴摆动，静环很容易与轴套摩擦被挤压碎裂，从而导致机械密封失效泄漏。

3.2.3 静环座结构设计缺陷

在图2 搅拌器机械密封组件简图中，定位卡环有两个作用，一是安装时控制补偿环波纹管的压缩量；二是对安装时静环和搅拌轴轴套的同心度有一定的辅助定位作用，但是并不能从根本上保证同心度。实际操作中，凭维修人员的经验技术水平保证有一定的偶然性。因此，安装误差及搅拌轴的跳动容易导致摩擦碰撞。

4 技术改造

4.1 导杆刚度

对导杆进行加强刚度处理，烧焊加强筋，增加壁厚，因导杆是空心管，所以采取往其浇灌环氧树脂与水泥混合物，待硬化达到强度时使用。

4.2 静环尺寸

静环设计内径为67mm，配合的轴套外径为66mm，两者之间的间隙单边为0.5mm。针对搅拌器运行过程中搅拌轴摆动量过大易挤压静环造成其碎裂的问题，将静环内径增大为68mm，使两者的间隙单边增大为1.0 mm，从而增加静环缓解搅拌轴摆动的能力，进而避免搅拌轴摆动时对静环的挤压。

4.3 动静环材料

原静环材料为碳化硅，其抗冲击韧性很差，脆性大，在搅拌轴的挤压下很容易碎裂。针对这种情况，将静环材料改为含钴量较大的碳化物硬质合金，在一定程度上提高了静环的抗击冲韧性。原动环材料为碳一石墨环，因介质含细小颗粒，动环磨损严重，故改为碳化钨硬质合金，机封由软一硬配合改为硬一硬配合。

4.4 静环座止口定位

静环座与轴套的同心度靠定位卡环调节，定位卡环起两个作用：①安装时预设波纹管的压缩量；②安装时通过它与锁紧环及静环座的相对位置来判断静环座与轴是否同心，当机械密封组件安装完毕后，将其取出。对静环座的结构进行改造，增加了凸台止口定位结构，密封腔壳体内壁与静环座止口间隙单边为0.05mm，静环座密封垫要用"O"形环，直径3mm，改造后静环座见图3 。

4.5 加长轴套以降低挠度

轴套端部内径由55 mm 扩大为77mm，并根据现场实际安装空间，测量确定新轴套的长度和其他尺寸，所用材料为45# 钢，并将其与原轴套配合安装在一起，使其成为一个整体，从而降低搅拌轴的挠度，如图4。两轴套配合处采用过盈配合，过盈量为0.05mm，热套安装，并在新轴套与旧轴套端面连接处沿圆周点焊4 点以加大连接强度。新轴套端部沿圆周加工3 个螺纹孔（均布），安装时用3 颗M14 的顶丝把轴与新轴套锁紧，锁紧轴套时，要打表测量，保证轴套与轴的同心度，轴套锁紧后，3 颗顶丝分别用螺母锁紧，防止运行中顶丝脱落。

由图1 可见，止推板和中心螺钉是用来限制搅拌轴向着叶轮方向轴向窜动的，而止推环是用来限制搅拌轴沿背离叶轮方向轴向窜动的。由于新轴套的安装导致原来限制搅拌轴窜动的止推环无法安装。针对此情况，对止推板进行了改造将其外径由原来的8 0mm增至9 6mm，重新加工新止推板，原中心孔不动，在7 6 m m 圆周上新增加了均匀分布的4 个孔，孔径为9 mm，原中心位置螺钉仍然不变，另外用4 颗M8 的螺钉将止推板沿圆周新加工的4 个孔固定在原轴套上，从而限制了搅拌轴的反向窜动。

结语

经过实践检验，污泥池水下搅拌器经过以上技术改造后，自2009 年至今运行正常，彻底消除了搅拌器的振动和搅拌轴的运行跳动，机械密封再未出现非正常损坏及泄漏，使用寿命大大加长。因此，污泥池水下搅拌器的技术改造取得成功，效果理想，保证了污水处理生产的正常运行。

[1]顾永泉.机械密封实用技术[M].北京：机械工业出版社.2004(05).

[2]成大先. 机械工程手册[M]. 北京：化学工业出版社. 2010(01).

[3] 聂毓琴，孟广伟. 材料力学[M]. 北京：机械工业出版社.2009(02).

[4]闻邦椿. 机械设计手册[M]. 北京：机械工业出版社.2010(01).