浅谈对棒磨机筒体漏浆问题的分析与处理办法

新疆应用职业技术学院 卢哲 李国峰 朱明霞

1 原设计状况

自2010年6月开车投料后，经常出现棒磨机筒体螺栓快速磨损、断裂，出现了从棒磨机筒体及筒体两侧端面的的密封处泄漏煤浆的现象的问题，并且泄漏现象严重。虽然棒磨机筒体衬板、螺栓、密封垫在系统年度大修时都更换成新的备件，但仍会在较短的时间段内就出现筒体螺栓折断或筒体漏浆现象，随着时间的推移此种现象会越来越严重，严重影响生产的连续性和稳定性。原设计结构如图1所示。

图1 棒磨机筒体衬板紧固、密封件原结构示意图

棒磨机筒体螺栓频繁发生断裂，不但引发漏浆现象，还会煤浆严重浪费。关键是泄漏时会导致漏出的煤浆飞溅到轴承、减速序号器、离合器、齿轮等部位，特别是在各齿轮副啮合处会加剧齿面的磨损；轴承处渗进了煤浆也会给轴承的润滑带来隐患，加快了轴承磨损的速度，缩短设备的使用寿命，加大了企业维修养护成本，严重影响到了棒磨机及整个气化车间气化系统的长期稳定运行。

另外煤浆的泄漏导致工作现场及设备特别脏污，导致工作人员每天都要对螺栓进行紧固，并且安排人员打扫环境卫生，耗费大量的人力、物力和财力才能勉强符合安环标准。由于工作环境差，不但加大了操作人员的劳动强度，而且还对工人的身心健康产生了一定影响。

此外，棒磨机一旦停机维修，就需要置换一次小煤浆槽和煤浆泵及管线，对煤浆浓度的稳定性颇有影响，往往会造成煤浆浪费。

由此可见，对棒磨机筒体螺栓断裂现象和漏浆问题的解决和改进迫在眉睫，而且十分有必要。

2 漏浆原因分析

2.1 螺栓断裂现象的分析

原设计棒磨机筒体衬板紧固螺栓的密封方式如图1所示，是依靠圆形压盖5压紧橡胶密封弹垫4，利用螺母8紧固使密封弹垫4的底面紧贴筒体2的外壁进行密封。筒体外圆具有弧度，故密封圈与筒体接触时为圆弧对面的接触，会减少密封面，增大泄漏的几率。另外，在正常工作情况下，磨棒对衬板的冲击，密封弹垫也不断承受交变载荷，使其疲劳，而原设计中密封弹垫采用的是普通橡胶，弹性差，容易失去弹性而加速老化。

棒磨机筒体高速转动时，会产生较大的离心力，衬板随着筒体旋转，与筒体之间产生相对位移，故筒体与耐磨衬板间沉头连接螺栓不但要受交变的拉应力，还要受交变的剪应力及交变的弯曲应力，从而发生疲劳断裂现象[1]。

衬板内孔为铸造孔，是非加工面，与沉头螺栓接触时，一定是点接触或线接触，导致衬板与螺栓接触面磨损速度加快，密封弹垫预紧力快速消失，螺栓松动，致使密封不严，导致筒体漏浆直至螺栓折断。

随着磨损量的加大，筒体螺栓孔从圆形磨损为椭圆形，孔径从36mm磨损至40mm左右，螺栓与筒体之间不能保证完全垂直，使螺栓受力不均匀，返是螺栓断裂的一个原因。

此外，衬板与筒体之间加有5mm厚橡胶垫起降噪作用，橡胶垫使得衬板与筒体之间有弹性量，随着该胶垫的使用老化，失去弹性，也容易使螺栓松动，导致螺栓承受交变载荷折断，密封不严出现漏浆现象。

2.2 螺栓连接处的密封结构的分析

螺栓孔径增大，螺栓晃动，压盖压下后，不能保证密封。另外图1中的压盖5与筒体2间的密封橡胶圈材质发硬，极易硬化散裂，也会导致螺栓松动，不能很好的起到密封作用，致使螺栓折断或漏浆。

3 解决办法和技术改造

针对上述棒磨机筒体衬板紧固螺栓断裂、密封胶垫处泄漏煤浆的问题，我们对有关零件材料和棒磨机筒体衬板紧固螺栓的密封件结构和材料进行了改进和更换，经过后期的完善，有效解决了棒磨机筒体衬板紧固螺栓断裂和煤浆泄漏的问题。本改造结构简单，易于实现（图2和图3）。

图2 改造后的密封件结构

图3 周圈满焊局部放大图

3.1 材料的更换和处理

材料方面，将图2中的沉头紧固螺栓8的材料由原有Q235B材质改为15CrMo，并进行表面淬火处理，使其表面硬、芯部韧，耐磨性和强度大幅提高，具有了良好的综合力学性能和使用性能，使用寿命大大提高；密封弹垫4的材料由原有普通橡胶改为丁腈橡胶，弹性和使用寿命都有较大提高，并按照图2中零件4的尺寸重新外协采购。

3.2 结构的改造

在原有的衬垫、耐磨衬板、筒体等组成的密封结构的基础上，进行如下结构上的改造[2]。

将图1中的压盖5和密封弹垫4的形式改造为图2中的压盖5和密封弹垫4，由原来的两个部件改为现在的三个部件，为了防止密封垫疲劳裂口，增加了图2中的密封函3，使密封垫的密封面变为面面接触。如图3所示密封函与筒体之间通过周圈满焊的方式，把之前的活动密封点焊死后，此处就不再存在漏点。此外密封函还有三个作用：一是可以修复筒体上被磨大的螺栓孔，从而减少螺栓径向摆动量，否则把筒体上384个被磨大的椭圆孔修复成圆孔，需要上专门的机床，成本高，工程量也大；二是增加了筒体厚度，螺栓与筒体的接触面积增大，使螺栓承受剪切力的面积也增大，同时也减少了螺栓的径向摆动量，使螺栓不易折断；三是保证螺栓在孔内与筒体垂直，不再晃动，故螺栓只承受轴向载荷，否则一旦松动不垂直还会承受耐磨衬板和筒体之间产生的轴向冲击剪切力，造成螺栓疲劳断裂。

在改进后图2的螺母8下还增加了普通弹性垫圈6。增设弹性垫圈也有三个作用：首先是保证螺栓的预紧力，使螺母不易松动；其次是让压盖与密封函之间始终保持预紧力，使得密封弹垫始终处于压紧状态，起到更好的密封效果；再次是增强了螺栓的抗冲击性，棒磨机在启动时，衬板瞬间承受钢棒的冲击载荷，增大螺栓活动量，以此补偿螺栓的弹性变形，不至于使螺栓在承受冲击载荷时，由弹性变形变为塑性变形，从而使螺栓疲劳断裂。

经过现场多次实践，我们总结出了选用50CrMnV的碟簧（型号：D71-36，厚5mm）代替弹性垫圈，效果更佳。条件允许情况下，把碟簧成对安装，密封效果会更好。经过一年多的使用，棒磨机筒体螺栓断裂和漏浆现象得到彻底改善，现在只需两三个月紧一次螺栓，一年更换一次密封圈就可以。

还有，将筒体内衬板固定，并拆除衬板与筒体之间起降噪作用的橡胶垫，不再让耐磨衬板和筒体产生相对位移。但此项工作工作量较大，须结合相关考察及外协援助在年度大修时组织施工。

此外，在筒体螺栓孔与螺栓之间浇注带压堵漏胶，也起到了很好的辅助密封效果，煤浆泄露现象大幅减少，车间生产环境有了很大改善，停机维修次数大幅减少，保证了生产的连续稳定运行。

4 投资效益

4.1 直接经济效益

2台棒磨机共计768个筒体螺栓密封点，仅用单次14万元的改造加工费用就解决了问题，改造以前对漏浆进行维修养护会产生至少每年50万元的费用，经过测算具体节省了以下五项费用：电耗费用；每停一次棒磨机要置换一次小煤浆槽和煤浆泵及管线造成的物料浪费费用；环境卫生清理支出费用；筒体螺栓折断消耗费用和频繁的检修人工消耗费用等。

2台棒磨机的投入产出比约为3.57，大概四个月就能收益。

4.2 间接经济效益

解决了螺栓断裂和漏浆问题，就可以使煤浆浓度稳定，便于气化炉运行的平稳，大幅减少了频繁调整氧煤比的次数，整个系统停机次数大幅减少，保证了生产的连续性、稳定性。

经过对棒磨机筒体螺栓密封件结构和材料的改造后，现场干净整洁，车间工作环境得到很大改善，也大大降低了工人的检修工作强度，为企业节约了成本，保证了设备长期稳定运行，达到了本次设备技术改造的目的。

我们认为，这次技改，对其他同类型企业类似设备的技改也会起到一定的示范作用，具有较高的推广价值。