进口斗提机长周期运行综合改造

刘自清，胡家儒

（云南三环中化化肥有限公司，云南昆明 650113）

云南三环中化化肥有限公司60万t/a磷酸二铵（DAP）Ⅰ期于2007年12月化工投料试车成功，在随后的生产过程中不断对磷酸二铵（DAP）Ⅰ期装置的工艺进行了优化[1]，装置运行效率逐渐提高，已具备满负荷生产的能力。但干燥机进口斗提机C52103减速机频繁发生损坏、链条断裂等故障，造成装置停车，严重制约装置产能发挥。

1 设备参数

斗提机由美国REXNORD公司整体设计，关键部件全部进口，包括头轮组件、尾轮组件、链条、减速机等。输送能力：正常560t/h，最大734t/h；提升高度：40.2m；主电机132kW，1480r/min；辅电机：18.5kW，1480r/min；减速机为圆锥、圆柱三级空心轴式齿轮减速机，型号：M1210DBT3AN-72.760，美国福克公司生产，速比72.760，输入转速n1/输出转速n2=1480/20.3。

2 存在的问题

（1）减速机损坏频繁。在运行过程中，减速机第三挡齿轴经常损坏，同时把配对的第四挡输出轴上大齿轮也打坏，非计划停机检修给生产带来不小的损失，同时备件采购成本及人工维护成本居高不下。系统正常运行时突然失电导致停车，由于斗提机料斗内充满DAP物料，辅助传动系统不能正常盘车。

（2）进口斗提机链条为美国REXNORD生产，设计使用年限为8年，到2021年链条已使用13年，后期出现链条销轴及外链板断的情况，经测量链条已超出厂家规定的磨损量，需要对链条进行更换。

（3）头轮为三块分体式，用高强度螺栓与轮毂相连接后通过紧定套与轴连接，使用过程中经常出现螺栓被剪切断的问题。

（4）液力偶合器经常出现漏油、轴承损坏、易熔塞损坏导致非计划停车等问题。

3 原因分析及对应处理措施

3.1 减速机损坏的原因分析及解决措施

（1）从减速机整体来看，高速轴配对伞齿轮与第三挡齿轴是整个减速机最薄弱的环节，也是故障率最高的地方。斗提机属于大负荷、连续运转设备，运行过程中任何轻微的瞬时过载或负荷变化都会放大薄弱环节。查询“福克DRIVE ONE型标准减速机”官方样本《M161-110CN》额定功率表，显示M1210DBT3型减速机的额定功率为205kW，该功率对电机功率的安全系数为205/132=1.55，从理论上讲此系数刚刚能满足要求，但不能出现任何过载、负荷波动或经常启停的情况。也就是说福克的原始选型要求现场使用条件严格依照设计标准，对现场任何单一变量或复杂变量不具备足够的安全边际。根据多年在斗提机应用领域的经验，斗提机用减速机安全系数要大于1.8才能保证长时间可靠运行。

（2）解决措施。减速机重新选型，提高安全系数。选用天津产的弗兰德减速机：型号B3HH15D71，速比68.553，输出转速21.74r/min，额定功率336kW。辅传电机：功率由18.5kW提升30kW，1470r/min，辅传速比29.43，辅传动时输出转速3.2r/min。该选型对电机安全系数为336/132=2.55，远高于安全系数＞1.8的要求。

3.2 链条断裂原因分析及处理措施

3.2.1 链条断裂原因分析

2020年11月，随机取样对链条套筒内孔、T型销轴尺寸及链条伸长量进行测量，均已超出厂家规定的允许量，见表1。

表1 链条磨损量测量数据

3.2.2 链条国产化解决措施

为降低检修费用，实现进口备件国产化，对链条重新进行选型。选型时确保链条节距228.6不变，部件7（滚子）直径114.3mm不变，对关键部件（T型销轴、外链板和内链板）进行优化。

3.2.2.1 各部件材料分析

图1为G4037链条三视图，对T型销轴、内链板、外链板、M型链板、套筒和滚子进行采样，材料的光谱分析，结果见表2。

表2 链条改进前后数据对比

3.2.2.2 破断力计算

（1）T型销轴。①原始尺寸（38.1mm）破断力计算。T型销轴原材料42CrMo，抗拉压强度δ=1080N/mm。根据公式：

式中，F为最小破断力，kN；δ为抗拉压强度，N/mm2；A为截面积，mm2。将数据代入式（1）得，F1=δA1=1080π×（38.1/2）2=1230.67kN。②改造后尺寸（41.275mm）破断力计算结果为1444.68kN，比改造前增加214.01kN。

（2）内、外链板破断力计算。①内、外链板原始尺寸破断力计算。内、外链板原始尺寸15.75mm，材料40Cr，最小破断应力δ1=980N/mm，将数据代入式（1），得1546.65kN。②改造后尺寸（19.05mm）破断力计算结果为1866.90kN，比改造前增加320.25kN。

由上述计算知，T型销轴，内、外链板改造后尺寸的最小破断力比原始尺寸的最小破断力明显增大。链条的可靠性及寿命主要是根据破断载荷的高低来决定使用寿命，以上数据表明4038-G6链条的破断载荷更高。

3.3 头轮螺栓断裂损坏的原因分析及处理措施

（1）分体式头轮用高强度螺栓与轮毂相连接后通过紧定套与轴连接，螺栓受到大小相等、方向相反、相互平行的力剪切，表现为受剪切件两部分沿外力作用方向发生相对错动，从而产生变形。

（2）分体式头轮损坏的解决措施。测绘头轮做成整体式，确保技术要求：热处理硬度HB229～269，齿面淬火HRC50～55，淬火深度3～3.5mm。

3.4 液力偶合器损坏的原因分析及处理措施

（1）液力偶合器损坏的原因。液力偶合器使用过程中存在易熔塞损坏、轴承损坏、油封老化等导致的非计划停车。

（2）液力偶合器损坏的解决措施。永磁耦合器可实现缓冲启动和过载保护功能。设备刚启动时，导体盘在电机驱动下转速迅速提高，导体盘与磁体盘因转速差较大，两者之间产生较强排斥力，从而推动两侧磁体盘向中间靠拢。同时由于磁体盘转速相对较低，限矩器摇臂尚处于水平位置，阻止磁体盘继续向中间靠拢，实现延时缓冲启动。随着磁体盘转速进一步提高，导体盘与磁体盘之间转速差逐渐减小，两者之间的吸引力逐渐大于排斥力，使两者分开，限矩器摇臂则在离心力作用下向外侧摆动，并保持在平衡位置。当设备有冲击载荷或过载堵转时，负载端转速急剧降低甚至停止，导体盘与磁体盘之间产生巨大排斥力，迅速将两侧磁体盘向中间推动，限矩器摇臂处于垂直位置，使传动脱开，实现对设备的保护。故障排除后，负载端转速逐渐上升，设备再次进入正常工作状态[2]。液力偶合器、永磁耦合器比较结果见表3。

表3 液力耦合器、永磁耦合器比较

4 改造后效益评价

（1）C52103干燥斗提机链条长度为180m/台，进口链条单价10500元/m，国产链条3700元/m，全部链条更换后节约费用为（1.05-0.37）×180＝122.4万元。国产化链条破断强度更高，确保设备安全运行。

（2）进口福克减速机备件费用较高且备件供货周期较长，2021年干燥斗提机减速机更换为弗兰德减速机，减速机未出现过故障，确保装置安、稳、长、满、优运行；辅助电机功率由18.5kW提升至30kW，即使出现设备跳停，料斗内充满DAP物料也能通过辅助电机盘车，把料斗内全部物料倒出。

（3）液力偶合器更换成永磁耦合器，有效避免由于耦合器损坏导致的非计划停车，装置产能得到保证；永磁耦合器为免维护产品，使用过程中不需要对其进行维护保养。

5 结束语

进口斗提机通过综合改造，能满足60万t/a DAP装置生产需要，可在同行业推广使用。