卧式螺旋离心机常见机械故障分析和解决方法

董晓利，马登金

（新疆工业职业技术学院，新疆乌鲁木齐 830022）

0 引言

卧式螺旋离心机主要应用在造纸、印刷、化工、畜牧、酿造、食品、饮料等领域中的脱水分离以及工业污水和城市污水处理，其质量可靠、机械性能优良、机器适应性强、耐腐蚀性好，处理量大、自动化操作、脱水效果好，特别是在环保领域有着良好且广泛的应用。

1 卧式螺旋离心机工作原理

1.1 工作原理

卧式螺旋离心机主要由转鼓、螺旋、差速器等组成，转鼓做高速转动，螺旋与转鼓转动方向相同但转速略低，卧式螺旋离心机的结构如图1 所示。转鼓——利用高速旋转达到理想的沉降分离；螺旋——输送和压紧污泥；差速器——在转鼓和螺旋之间产生转速差；清液出口——通过溢流回收液相，即清液；排渣口——通过重力回收固相，即污泥。

卧式螺旋离心机利用固-液比重差以及离心力作用，实现固-液分离，其工作过程如下:

悬浮液连续不断地经进料管（空心转轴）进入转筒，随即被甩入转鼓腔内，转鼓高速转动产生非常强的离心力，固相颗粒（污泥）因离心力作用而贴在转鼓内壁上，并不断堆积，因所形成的固体层为环状，也称为固环层；液相水也因离心力的作用形成液体层，但因其密度小于固相颗粒，所受到的离心力作用也小于固相颗粒，其位于固环层内侧，称之为液环层。利用转鼓与螺旋转速差产生的相对运动，把固环层推至转鼓锥端，污泥从锥端分布的排渣口持续不断地排出；液环层转至转鼓大端，在转鼓大端分布有溢流口，液体从溢流口溢出转鼓，并通过排液口排出，形成分离液（即清液）[1]。

图1 卧螺离心机结构示意

1.2 影响卧式螺旋离心机分离效果的因素

（1）离心机转鼓的转速:转鼓转速的提高，会提升分离效果，增加螺旋与转鼓的转速差，增大处理量，但是过快的转速会引起机器振动，降低设备使用寿命，因此要合理选择转速，能满足分离要求即可。

（2）进料流量（处理量）:进料流量影响物料在设备内的留滞时间，进而影响分离效果。较小的处理量，使得料液的轴向流速也较小，在转鼓内的停留时间就长，分离效果较好；反之，过大的进料流量会降低分离效果。另外，进料流量还与料液含固量和离心机螺旋的排渣能力有关，过大的进料流量可能造成转鼓堵料，影响分离效果。因此要合理选择进料流量，使之与料液的含固量和分离要求相匹配。

（3）溢流板直径:转鼓大端设置有溢流板，可以通过调节溢流板的直径，控制液环层的液体深度。小直径的溢流板，可以增加液环层的深度，使得分离液澄清度高；反之，增大溢流板直径，得到的分离液澄清度低，分离效果差。

（4）转鼓与螺旋的差转速:较小的差转速，有较好的分离效果，但因固相颗粒在转鼓中停留时间较长而易产生堵料；较大的差转速，因螺旋对液体层的扰动大，使得分离效果差，但有较好的排渣能力。可依据料液含固量来确定差转速，小的含固量匹配小的差转速，大的含固量匹配大的差转速。

（5）长径比:卧式螺旋离心机的长径比越大，其处理能力越强，分离效果越好。

（6）悬浮液的特性:物料中固相颗粒大小不同，受到的离心力作用不同，分离效果也就不同。颗粒越大，分离越容易；过小的颗粒，易混于分离液中，随分离液溢出。另外，固液两相的比重差、悬浮液粘度也影响分离效果，固液两相比重差越大，越容易分离，悬浮液黏度越小，越容易分离[2]。

2 卧式螺旋离心机常见故障分析及处理

2.1 例行检查

2.1.1 每班例行检查内容

（1）离心机的振动有无异常。

（2）主轴承的温升。

（3）主轴承座螺钉是否松动。

（4）排渣和出浆情况。

（5）液压泵有无漏油现象。

2.1.2 定期（运行1 个周期）检查内容

（1）检查三角带的松紧情况，及时调整，避免过松；磨损过度应更换。

（2）停机检查转鼓各段的联接螺钉及差速器联接螺钉是否松动。

（3）检查液压泵油位，轴承油脂量，不足时按规定补充。

2.1.3 全面（运行4 个周期）检查内容

（1）解体大修，转鼓、螺旋清垢，零部件清洗。

（2）检查螺旋叶片的磨损。

（3）检查转鼓护罩的变形。

（4）检查主要承力零件:检查转鼓各段及大小端盖半轴、推料器半轴和花键套半轴、轴承座、差速器联轴盘等，更换有裂纹、严重变形和过度腐蚀的部件。

2.2 常见故障

卧式螺旋离心机常见故障主要有:机器振动异常并伴随有异响、轴承温度过高、轴承损坏、排渣量过少以及其他故障。

2.2.1 异常振动

2.2.1.1 异常振动主要表现

异常振动一般都伴随有异响，异常振动特别是强烈的异常振动对离心机设备的损害是非常大的，主要表现在:

（1）动静部分发生摩擦，使某些部件产生过大的动应力，造成疲劳损坏，长期以往酿成事故。

（2）过大振动使轴承座地脚螺栓断裂，造成个别零件松动脱落，从而失效，导致轴承振动进一步增大，进而损坏设备。

（3）加速某些部件的磨损和产生偏磨，特别是轴颈。

（4）过大的机械振动和噪音，对操作人员的生理健康产生不利影响。

2.2.1.2 引起异常振动的原因分析、处理及预防措施[3-5]

（1）轴承使用一段时间后，因摩擦使得径向间隙增大，主轴回转时偏离回转中心，引起振动；另外，轴承质量差、寿命短、装配质量不高导致轴承损坏，也能引起振动，这类问题更换轴承即可解决。轴承的安装要保证装配质量；经常检查轴承并及时加油，保证油脂量充足，润滑充分，减小摩擦。

（2）转鼓的2 节直管筒体与锥管筒体的螺栓未紧固到位，间隙过大，导致转鼓失去平衡，引起振动。装配转鼓时，连接筒体的紧固螺栓要紧到位，贴合面的间隙≤0.05 mm。

（3）差速器与转鼓同轴度误差过大，致使运转时回转轴线存在拐点。调整同轴度，保证回转轴线水平。在装配时，拧紧液压马达与配对轴承的贴合面的螺栓，保证贴合面间隙一致且≤0.05 mm。

（4）进料管与空心轴摩擦，导致振动加剧。检查进料管是否弯曲，若弯曲，更换进料管；若不弯曲，调节进料管尾端的四颗内六角螺栓的松紧度，重新调整进料管与螺旋空心轴的同轴度。每次检修试车时，进料管与螺旋空心轴的同轴度要调试到位。

（5）转鼓塞料。离心机运行使用一段时间后，物料在转鼓与螺旋之间形成结块，使离心机重心偏离回转几何轴心，整个系统受到离心力干扰而振动，这种振动对设备损害非常大。出现这种情况时，需要对转鼓清垢，并检查转鼓内壁和螺旋叶片是否出现沟槽，导致固相残渣沉积。结合实际合理确定检修周期，解体时全面清洗设备。

（6）地脚螺栓松动或断裂均可引起振动。定期检查，紧固螺栓，更换断裂或不能继续使用的螺栓。

（7）进料太多、太快，导致离心机超载而引起振动。严格控制进料速度和进料量，使其不超过离心机的承载上限。

（8）电机转速过快。选择合适的转速上限，启动时，转速应由低速逐渐加快。

2.2.2 大、小端轴承温度过高

2.2.2.1 轴承温度过高的危害

一般情况，大、小端轴承运转时的温升为40 ℃左右，温度过高，会降低轴承韧性，加大磨损，减少轴承使用寿命，甚至造成轴承断裂。

2.2.2.2 引起轴承温度过高的原因分析

（1）轴承室中润滑脂过多或过少；所用润滑脂牌号不对，质量不好，变质或其中夹有杂物。

（2）轴承有故障、磨损或损坏；轴承质量不好；轴承型号选择偏小、使用过载，造成滚动体承受载荷过大；轴承间隙过大或过小；跑内圈或跑外圈；轴承内有杂物。

（3）联轴器不对中；皮带拉得太紧。

（4）轴承盖偏心，与轴摩擦。

2.2.2.3 相应的处理对策[6]

（1）对离心机的保养维护主要是做好润滑工作，加润滑脂就是其中之一。选择合适的润滑脂，并适量加入，不使用劣质润滑脂，一般加脂量不超过轴承空间的50%。检查油内的杂质情况，更换洁净的润滑脂，更换时要清除旧润滑脂。

（2）更换新轴承，选择合适的轴承型号，对含有杂质的轴承要彻底清洗，装配轴承方式要正确。

（3）调整联轴器与轴承的同心度；调整传动皮带的张力，使其张紧合适。

（4）修理轴承盖内部，保证与轴间隙合适，不产生摩擦。

2.2.3 轴承损坏轴承损坏能产生振动，并使轴承温度升高，进而损坏设备，处理不当会产生严重的后果。

2.2.3.1 轴承损坏原因分析

安装处理不当、混入污染物、润滑不良、疲劳损坏等都有可能引起轴承损坏，具体如下:

（1）轴承装配不当。比如，冷装时，不均匀敲击造成跑内圈或跑外圈现象，两者均会在运行中引起轴承温度升高甚至烧毁，尤其是跑内圈现象，还会造成轴严重磨损以及弯曲。

（2）轴承腔内存在异物。在更换油脂时，轴承腔没有清理干净，存在细小刚性颗粒，或者所加油脂不干净，导致运行时异物摩擦引起轴承温度升高，甚至烧毁轴承。

（3）油脂损耗较快，补充不及时造成润滑不良，进而引起轴承损坏。

（4）不同牌号油脂混用，易造成润滑失效，引起轴承损坏。

（5）轴承制造不合格，存在质量问题。

（6）长期停机不运行，油脂变质，致使轴承生锈。

2.2.3.2 相应对策[7]

（1）安装轴承时，内圈与轴配合，一般采用热装，保证其装配质量。

（2）轴承安装前仔细清洗，确保轴承腔内没有杂质，填加油脂时洁净操作，不得引入杂质。

（3）必要时增加冷却措施，避免油脂损耗过快。

（4）禁止多种润滑油脂混用。

（5）轴承安装前仔细检查质量，确保其外形完整、表面光洁、转动灵活、游隙合适。

（6）对于长期不用的，使用前更新轴承油脂。

2.2.4 排渣量过少排渣量是体现离心机工作处理能力的指标之一，排渣量过少，影响离心机的工作效率和处理能力。

2.2.4.1 排渣量过少的原因分析

（1）排渣口堵塞，导致排渣量过少，甚至不排渣。

（2）转鼓与螺旋差速度过小，导致相对运动较小，因而排渣量小；传动皮带出现打滑。

（3）泥浆物理性质不合适，导致分离效果不佳。

（4）发生堵料，导致螺旋不能旋转。

2.2.4.2 相应处理方法

（1）清理疏通排渣口。

（2）调整传动皮带松紧度合适。

（3）检查泥浆物理性质，如粘度、固相含量及颗粒大小、固相液相密度差等，如果存在粘度过高、固相含量少、颗粒过小、固相液相密度差不大，需重新制定工艺，确保分离效果。

（4）大修，清理转鼓内壁残留的固相残渣。检查转鼓内壁和螺旋叶片是否出现沟槽，导致固相残渣沉积；检查螺旋叶片是否磨损，导致输送沉渣能力下降。若存在以上问题，及时处理修复或更换新备件[8]。

3 卧式螺旋离心机解体、清洗、装配

卧式螺旋离心机的工作周期一般为15～20 天，即每半个月就要对其全面检修一次。根据检修计划，卧式螺旋离心机每4 个周期进行一次解体清洗。

3.1 解体

3.1.1 拆卸液压马达

液压马达即差速器，电机控制离心机转鼓的旋转，液压马达控制离心机螺旋的旋转，离心机运转时，转鼓与螺旋同向旋转且存在速度差。拆卸液压马达时，用破布堵住油孔，保持油孔清洁，防止杂物、渣子进入油孔，影响液压动力传输。

3.1.2 拆卸滚针轴承、配对轴承和小端主轴承

拆卸滚针轴承、配对轴承和小端主轴承时，应注意并记录轴承、弹性挡圈、固定环、调节环、轴套、垫片、压盖、顶盖等零部件的位置及装配顺序，同时应注意不要损伤花键轴和小端支承轴，以免增加装配负担。

3.1.3 拆卸大端主轴承和大端端盖

方法同拆卸小端主轴承一样，避免损伤大端主轴。

3.1.4 拆卸转鼓

转鼓由2 节直管筒体和1 节锥管筒体组成，先拆卸大端处的直管，按顺序依次拆卸至锥管。拆卸过程中，由于堵料或转鼓内壁残留有污泥而使转鼓与螺旋分离困难甚至无法分离，可边用大锤敲击转鼓，边来回滚动，以利于残渣脱离转鼓内壁并排出机外。敲击过程中，用力不要过大，避免因用力过大而造成转鼓变形。

3.2 零部件清垢、清洗

解体完毕后，对主要零部件清垢、清洗。清除转鼓内壁残留的污泥残渣，确保离心机的处理能力；同时清除大端端盖与转鼓直管、转鼓直管与直管、直管与锥管、锥管与支承轴结合面的残留泥渣，确保以上各部件间的紧密配合，否则在运转时引起离心机振动。清洗轴承内外圈、弹性挡圈、固定环、调节环、轴套、垫片、压盖、顶盖等零部件与轴的接触面以及相互间的接触面上的泥渣、油污；更换不能继续使用的轴承、内六角螺栓以及其他配件。将润滑油孔、盲孔、螺孔和沉孔中的铁屑以及其他脏物吹扫干净；使用细齿锉或者细砂纸将零件的贴合面和配合面上的伤痕、划痕、压痕打磨掉。

3.3 装配

3.3.1 装配顺序与注意事项

装配时从转鼓小端开始，先装配转鼓锥管与小端支承轴，在整个装配过程中起定位作用；然后依次装配小端主轴承、配对轴承，2 节转鼓直管筒体，大端端盖和大端主轴承；最后装配滚针轴承和液压马达。装配过程中以上各部件相互间的贴合面间隙≤0.05mm（具体装配方法在此不做阐述）。

在装配过程中，仔细检查所用零件，如有裂纹、磨损、腐蚀、严重变形、异常窜动等情况，要及时更换；清洁所用零件；保证贴合面没有渣滓，配合法兰面完全贴合。

3.3.2 热装

所谓热装，是具有过盈量配合的两个零件，装配时先将包容件加热胀大，再将被包容件装入到配合位置的过程。

轴承装配方式关系着其使用寿命，也关乎设备的正常运转周期，已经表明，轴承热装比冷装更耐用。

热装轴承传统加热方式是以矿物油为介质，将轴承放在距容器（油槽）底部50～70 mm 的网栅上或悬挂在油中进行加热，如果将轴承放于容器底部，会造成轴承加热不均匀，与容器接触的底部因局部受热而温度过高。所用温度计要侵入油中，下端与轴承底部处于同一高度，确保测量准确。加热温度依据过盈量确定，轴承内孔受热膨胀的公式见式（1）:

式中，t0为当时环境温度（℃）；t1为加热后轴承温度（℃），简称终温；δ 为轴颈与轴承内孔间实际过盈量（mm）；δ0为热装的最小间隙（mm）；α 为材料的线膨胀系数（mm/mm·℃）；d 为滚动轴承内径（mm）。

确保轴承的终温≤130 ℃，如果太高，容易产生回火效应，导致轴承硬度降低，缩短使用寿命；并且加热时间＞15 min。

若不具备温度计，可根据以往经验自行判断终温，一般来说，油加热至冒白烟可认为达到终温。

轴承加热完毕后，应立即装配到轴上。装配时，要看准装配位置，动作要快，以免轴受热膨胀，影响装配精度；如果装配受阻，轴承不能顺利装配到位，此时不能强行敲击装配，应把轴承退出来，重新加热再装配。轴承顺利到位后，要保证轴承紧贴轴肩，并顶紧一段时间，直到轴承冷却至室温，测量装配间隙，保证≤0.05 mm。

轴承安装完毕后，要进行系列检查，检查转动部分与静止部分是否相互摩擦；轴向紧固装置的安装是否正确；润滑油脂在轴承内是否合理；密闭装置是否可靠[9]。

3.3.3 吊装

吊装是利用吊具或起升机构（常用电葫芦）完成设备的安装。吊装作业前应对吊具认真检查，先开动电葫芦空负荷运行试机，并检查按钮能否可靠的控制电葫芦的升降和运行；限位器动作是否灵活可靠；运转时有无异常的响声或气味；钢丝绳能否在卷筒上正确缠绕，同时检查电葫芦的钢丝绳和拴捆吊物用的钢丝绳是否断丝、断股、弯曲、变形、腐蚀等。

吊装作业时应由专人操作电葫芦，专人指挥，信号要清晰、准确，吊物下方不得站人，人员撤至安全区域；吊物必须捆绑牢固，并保持平衡。

吊装离心机时，离心机必须吊平，并平放在机座上，大小端同时着落。之后，安装进料管、传动皮带、液压油管。完毕后，安装罩壳。

3.3.4 调试

卧式螺旋离心机上线后，要对设备的完整性进行检查，避免漏装部件、装错部件；差速器和液力偶合器油位是否符合要求；三角胶带是否张紧适当；轴承座、供料管等部位的连接螺钉的松紧程度是否合适。

启动离心机，空载运行，观察转鼓、螺旋旋转方向是否正确，从转鼓小端观察，应为顺时针方向旋转；并检查设备是否存在异常振动、有无噪声，轴承是否发热等情况。

由声音判断进料管是否与螺旋空心轴摩擦，若摩擦，可通过调节进料管尾端的四颗内六角螺栓的松紧，进而调整进料管与螺旋空心轴的同轴度，直到二者相同，即进料管与螺旋同轴，无摩擦异响。

4 结语

卧式螺旋离心机维护及检修的重点如下:

（1）为保证卧式螺旋离心机运转的平稳、高效，维持其动平衡的稳定是关键，因此，在卧式螺旋离心机装配时，各零部件一定要装配到位。

（2）轴承是零部件的重中之重，也是故障的高发部位，轴承的损坏可以引发其他的机械故障（例如机械振动），同样其他的机械故障（例如机械振动）也有可能导致轴承损坏。因此，轴承装配时，装配方式要正确，保证质量，提高寿命；同时，在平时监控、日常维护与检修中，轴承应作为重点项目，保证润滑油脂充分，更换不能继续使用的轴承，这些对离心机故障的减少有不小的作用。

（3）固相沉渣易残留是卧式螺旋离心机的一大缺点，也是破坏动平衡的原因之一，因此，清除固相残渣也是周期检修的重点项目。

总结操作人员和检修人员经常遇见的问题和处理方式，旨在总结经验，以指导维护和检修，达到提高生产率，减少故障率的目的。