管式磨中空轴断裂分析与预防

刘长雨，亓胜玉，戴景明，胡彦方

管式磨中空轴断裂分析与预防

Analysis and Prevention of Tube Mill Hollow Shaft Fracture

刘长雨1，亓胜玉2，戴景明1，胡彦方1

管式球磨机中空轴发生裂纹和断裂在水泥行业较为常见。一般裂纹的发生部位多在中空轴肩R角处，向中空轴表面或向法兰处延伸，如发现不及时，就有可能发生设备事故，因此中空轴裂纹的早期发现和预防是水泥企业的一个重要课题。

1 中空轴磨机的结构与运行状态

1.1 磨机结构

中空轴磨机由筒体、两端中空轴、轴承座及滑动轴承组成，中空轴承担着整个磨体重量和研磨体重量，以ϕ3.8m×13m磨机为例，整体重量约在400t左右。中空轴与筒体用法兰螺栓连接。

1.2 磨机运行状态

当磨机带料运行时，磨内钢球与物料随磨机旋转作用而形成一定角度。当磨机转数在15.3r/min、钢球填充率在30%左右时，球体的抛离角度在50°左右。一部分钢球做抛落运动，而其余钢球做泻落运动，从而对物料进行粉碎和研磨。而相对于设备而言，是在做不均匀的旋转运动，这种运动对中空轴和减速机都造成了损害，由于磨机作用给减速机与中空轴的输出力为变量且不在中心，又形成了扭振。这样中空轴肩与磨机筒体法兰处R角既承担着磨机整体重量又在不均匀运动中受扭力最大、应力集中，是磨机中空轴较为敏感之处，在长期的高负荷状态下运行，此处就极易发生裂纹。

2 中空轴发生断裂的原因分析

（1）经我们对磨机运行各阶段的调查发现，发生断裂的磨机中空轴中既有直断面也有成45°斜面断裂的。一般扭振造成的断裂面成45°角，疲劳造成的多为直断面。因此，发生断裂的原因既有扭振造成的也有疲劳造成的损伤。

（2）基础不均匀沉降造成磨机与减速机同轴度下降，磨机主轴瓦与磨机旋转切入方向的磨损造成减速机与磨机中心线发生变化，使中空轴在运行过程中反复弯曲变形引发材料的疲劳发生断裂。

（3）制造缺陷，砂眼、隐性裂纹造成的损伤。

以上原因均会对中空轴造成伤害。例如：某厂ϕ3.8m×13m磨机使用4年未对磨机与减速机中心及水平进行测量调整，在生产期间发现中空轴与筒体联结螺栓不断被切断，屡换屡断。后来采取了将中空轴法兰与磨筒体法兰侧面焊接加强筋方式处理，法兰螺栓断裂减少。两个月后，发现中空轴出现两道裂纹，一道向法兰盘处延伸，一道向中空轴方向延伸。后经测量发现，磨机进料端低于出料端2mm，磨机中心低于减速机中心线2.8mm，且向磨机旋转切入方向一侧偏移2.3mm。技术人员据此作出调整及焊接处理中空轴，螺栓断裂现象消失。

3 对中空轴裂纹的早期发现和预防

表1 中空轴磨机断裂原因统计分析

对中空轴裂纹的早期发现和预防是保证磨机安全运行的关键，根据我们的经验采取下列措施可降低或杜绝发生中空轴裂纹的风险。

3.1 在设计上加大中空轴R角的尺寸，在不影响出料筛安装的情况下适当加大中空轴R角处的厚度，提高强度，降低此处应力，减少发生裂纹的几率。

3.2 加强中空轴制造过程中的质量控制，铸件及加工过程中要进行探伤检查。

3.3 通过辅助设备故障发现中空轴裂纹

（1）稀油站油位不稳定下降。据统计，有多台磨机发现中空轴稀油站油位不稳定且持续降低，检查轴承箱体未发现外泄，稀油站热交换器（冷却器）未发现泄漏。经检查中空轴发现贯通裂纹。当磨机旋转时，裂纹随磨机运行不断开合，润滑油进入中空轴内，混入物料流失。

（2）稀油站油位降低的另一原因也有可能是轴瓦座循环水套开裂与主轴瓦高压油槽贯通产生泄漏，因此，当发生油站油位持续不稳定下降时，要综合分析，检查处理问题。

3.4 定期检查

（1） 磨机投入运行一年后，每年利用大修时间对磨机标高与减速机中心线、水平线进行测量，根据测量情况进行调整。定期检查调整可有效提高中空轴使用寿命，减少中空轴发生裂纹风险。

（2） 每3个月利用故障停车机会，用慢盘车装置，对中空轴表面，尤其是R角处进行表面检查；对法兰螺栓进行紧固检查；对螺栓孔进行表面裂纹检查；以上检查时间不会大于2h，发现问题及时解决，以保证磨机的安全运行。

（3） 磨机运行过程中，要根据磨机实际能力调整参数，尽量避免超负荷运行和带病运行，提高磨机使用寿命。

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2011-07-11； 编辑：吕 光