侯可中，劉宏偉

(三河發電有限責任公司，河北 三河 065201)

1 問題的提出

環式碎煤機是專為火力發電廠輸煤系統設計的碎煤機械，它可以高效、經濟地將原煤破碎到規定的粒度，同其他類型碎煤機相比，具有噪聲小、粉塵小、功耗比低等優點。適用于破碎抗壓強度不大于12 MPa、表面水分小于15%的煙煤、無煙煤、褐煤及凍煤，也可供煤炭、建材、化工、輕工、紡織等部門用于破碎中等硬度的脆性物料(如焦炭、爐渣、石灰石等)。碎煤機傳動部分采用交流電動機與限矩型液力耦合器直接連接的方式，傳動簡單，運行可靠，可使電動機功率減小20%左右，降低了能耗，減小了電動機啟動對電網的沖擊，能隔離機械沖擊、振動，能有效保護碎煤機和電動機。

碎煤機一般由機殼、機蓋、轉子、篩板架組件、調節機構、液壓系統、襯板組件等部分組成。碎煤機是輸煤系統的關鍵設備，其損壞的原因主要為主機異常振動和軸承異常升溫，在常規情況下，其主要振動來源包括轉子不平衡或不對中、環錘損壞、軸承損壞、減振平臺減振效果不佳等，但在特殊情況下(即當碎煤機、液力耦合器和電動機無缺陷、無異常、非常穩定的情況下)，導致振動增大的主要原因是減振平臺減振失靈。

2 軸承振動超標的原因分析

三河發電有限責任公司(以下簡稱三河發電公司)2臺環式碎煤機基礎是采用彈簧加阻尼器組成的減振隔振平臺(如圖1所示)，其設計原理是將碎煤機碎煤振動進行減振和隔振，以減小基礎設施受到的振動損害，利用彈簧和阻尼裝置可實現該功能效果。但通過實踐檢驗發現，彈簧和阻尼裝置所起的作用只對減振平臺以下部分產生隔振效果，而不能抑制和減小其上部承托的機械設備的振動，相反，彈簧本身的彈性振顫使碎煤機和電動機振動被放大。

圖1 采用彈簧加阻尼減振隔振裝置

將碎煤機與電動機之間的液力耦合器拆開，單獨試轉電動機，其軸承雙振幅振動值只有0.01 mm；將電動機與碎煤機通過液力耦合器連接在一起進行空載和重載試驗，其軸承雙振幅振動值達到0.07～0.15 mm，振動值被放大7～15倍。碎煤機轉子在動平衡試驗機上振動值是0.03 mm，安裝在具有減振平臺的碎煤機上進行空載和重載試驗，其軸承雙振幅振動值達到0.09～0.21 mm，振動值被放大3～7倍。試驗證明，應用減振平臺，不但碎煤機和電動機軸承垂直振幅被放大，水平雙振幅也被放大，振動值也非常不穩定，究其原因為鋼彈簧本身阻尼系數極小(只有0.005 N/(m·s-1))，以至于振動時傳遞率非常大，螺旋彈簧即使承受較小的軸向壓縮載荷作用,也容易發生失穩現象，產生搖擺水平振動。由于每臺碎煤機基礎減振平臺安裝有16個彈簧阻尼隔振裝置，即使都是同一個廠家制造，彈簧剛度也不可能完全一致，即使有阻尼裝置的輔助作用，也會導致運行中振動值發生較大偏差。如圖2所示，由于碎煤機重心和基礎減振平臺的重心出現偏差，使各個彈簧所承受的壓力不均衡，導致碎煤機振動加劇。同時，由于減振平臺的干擾，使得本由機械設備、軸承、轉子損壞等原因而導致的軸承振幅增加被混淆，致使延誤事故處理的最佳時間。

圖2 碎煤機重心和減振平臺重心偏差

3 設置彈簧阻尼減振平臺的可行性分析

3.1 是否需要設置彈簧阻尼減振平臺

設計碎煤機減振平臺的主要目的是減小碎煤機振動對整個碎煤機樓的緩慢破壞，以提高系統設備和基礎的壽命，實際運行中也確實起到了這個作用。但如上文所述，減振平臺在保護基礎的同時，卻對設備的軸承振動沒有起到減振效果，相反，使環式碎煤機軸承振動值增加數倍。那么為何要設計減振平臺？是基礎重要還是設備重要？如果以損傷設備、忽視設備安全為代價，設計制造減振平臺是毫無意義的，它所導致的振動值的增加將加劇機械設備軸承的損壞，縮短機械設備軸承的使用壽命，大大增加檢修和運行維護工作量，增加投資成本。所以，環式碎煤機基礎不應設置彈簧阻尼減振平臺。

3.2 環式碎煤機破碎物料內力和外力分析

碎煤機械的破碎是用外力施于被破碎的物料上，克服物料顆粒之間的內聚力使物料破碎。物料的內聚力有2種，一種作用于晶體內部的各質點之間，另一種作用于晶體與晶體之間的晶體界面上。2種內聚力的物理性質相同，區別在于內聚力的大小，前者比后者大很多倍。內聚力的大小取決于物料中晶體本身的性質和結構，也與晶體結構中所具有的錯位和微裂紋等缺陷有很大關系。如果選擇從晶體物料的缺陷處破碎，不僅能省功，而且能保證達到要求的粒度，減少過粉碎，達到這樣的破碎目的叫“選擇性破碎”。

實現選擇性破碎，被破碎的物料應在體積料層中承受全方位的擠壓，同時在晶體或微晶邊緣引發應力，料塊應承受組合負荷作用，其中包括剪切、彎曲和扭轉，最好還兼有拉伸。對于破碎機而言，物料在破碎腔中應承受全方位擠壓，料塊彼此多次沖擊或沖擊到襯板上，料塊群快速轉移，控制料層有一定密實度，并使物料從破碎腔入口到出口均受到破碎力的擠壓。

以三河發電公司為例，計算環錘作用在煤塊之上的最大作用力F。翻車機振動斜蓖尺寸為370 mm×370 mm，進入碎煤機最大煤塊的質量約為64 kg，如圖3所示，F1為環錘作用在煤塊上的作用力，F2為煤塊作用在環錘之上的作用力。根據作用力與反作用力相等的原理，F1=F2=F。已知KRC12×26型環式碎煤機轉子直徑為1.2 m，環錘線速度為47.1 m/s，環錘與煤塊之間的作用時間t=0.02 s,由圖3可知，煤塊在圓周方向的初始切向速度應該為0，即環錘與煤塊撞擊前，煤塊初速度v1=0，而撞擊之后，被撞碎煤塊的速度至少等于環錘速度，即煤塊末速度v2=47.1 m/s，根據沖擊原理：Ft=mv2-mv1，得到F=15 072 (N)，即煤塊作用在環錘上的最大反作用力與環錘作用在煤塊上的最大作用力均應達到15 072 N。這種大煤塊只是偶爾出現，絕大部分原煤都是細小煤塊或煤粒，其作用在環錘上的力也是很小的，同時由于這種作用力是作用在環式碎煤機的內部，均勻分布在轉子圓周的4排34個環錘幾乎同時在破碎煤塊，它們之間的相互作用力很大一部分通過轉軸相互抵消，屬于相互作用的內力，其對外所顯露出來的振動程度并不顯著，實際運行期間觀察也是如此。實踐結果表明，環式碎煤機實際運行期間對基礎振動損壞是很小的，根本不需要設置減振平臺。

圖3 KRC環式碎煤機斷面結構

4 防止環式碎煤機振動值超標的方法

為了有效防止環式碎煤機軸承振動超標，結合碎煤機制造商的推薦意見和三河發電公司的運行經驗，作者認為，防止環式碎煤機振動值超標的最有效方法是環式碎煤機基礎應該采用具有一定質量和強度、獨島運行的鋼筋混凝土基礎。這種基礎具有以下優點：(1)沉重且剛性好的鋼筋混凝土基礎可增加承載機器的有效質量；(2)由于穩定性好、剛性強，不會放大軸承振動值，而是較真實地反映振動值；(3)提高阻抗，使機器安裝牢固；(4)減少振動，減少機器不平衡力的作用；(5)降低重心，增加穩定性；(6)降低固有頻率；(7)有效延長機械設備軸承的使用壽命，降低檢修及運行維護費用。

5 結論

多年以來，環式碎煤機一直使用減振平臺來保護基礎，減少碎煤機樓的緩慢損壞，而實際應用效果卻是碎煤機軸承實際振動值比設計值增大數倍，并以實際振動值來編制運行規程，指導運行工作。例如三河發電公司輸煤運行規程規定環式碎煤機軸承座振動值不大于0.15 mm，根據DL/T 512—1993《KRC系列環錘式碎煤機》的規定，碎煤機主軸軸承座空載最大振幅值應不大于0.03 mm，若采用減振平臺，環式碎煤機空載最大振幅值將是電力行業標準值的數倍，縮短設備使用壽命，浪費大量的檢修維護費用；若采用鋼筋混凝土基礎，基于這種基礎不會放大振動值的性能，環式碎煤機空載最大振幅值不會超過0.05 mm。由此可以得出結論：環式碎煤機本身的實際振動值比較小，對基礎的破壞作用不顯著，不需要應用減振平臺，而應采用具有一定質量和強度的鋼筋混凝土基礎，以減少振動，減少維護工作，延長環式碎煤機的使用壽命。

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