鈾轉化工序管鏈機故障分析與研究

鄭 剛

（中核四〇四有限公司，甘肅蘭州 732850）

0 引言

管道鏈式輸送系統簡稱管鏈機，鈾轉化工序管鏈機的穩定運行直接影響整個生產線的連續穩定性。管鏈機一旦出現故障，將直接影響氫氟化工序至氟化工序的連續運行。目前，中核四〇四有限公司（以下簡稱“公司”）鈾純化轉化生產工藝中，所使用的物料輸送系統主要有螺旋輸送器、氣力輸送系統和管鏈機輸送系統。螺旋輸送器雖然具有密閉性好等特點，但是由于是短距離輸送物料，無法實現三維空間內任意路線的輸送，存在著輸送能力低、螺旋輸送軸磨損嚴重、可修復性差等缺點，再加上廢舊的螺旋軸造成公司放射性廢物增加，進一步增加了處理成本。相比之下，氣力輸送裝置輸送效率高、設備結構簡單，輸送管線布置的可選擇性大，但存在能耗高、尾氣產生量大，造成放射性尾氣處理工藝復雜、成本高，并且對所屬送物料的可流動性、其他影響濕度的雜質要求高，管道容易堵塞，存在物料大量外泄的隱患。

在公司氫氟化工序至氟化工序的固體粉末物料輸送過程中，使用管鏈機輸送系統來實現不同廠房之間的物料輸送，但在運行初期，系統故障率較高，直接影響到整個生產線的連續穩定性。下面主要對管鏈機故障類型進行分析和結構優化改進，達到系統穩定運行的目標。

1 管鏈機的工作原理和特點

1.1 工作原理

管鏈機主要由管道、鏈條、驅動電機等部分組成，主要輸送含有部分氫氟酸的、黏度較高的粉末狀四氟化鈾物料。運行過程中，在內部鏈條上每隔一節裝有一個推料的刮板，當啟動驅動電機后，鏈條開始隨著驅動輪的轉動，輸送管道內的鏈條向前移動，同時鏈條上的刮板將進入輸送管道內的物料向前推動，當推料刮板將物料推到輸送管道出口時，物料隨即從下料口落下，而推料刮板繼續隨著鏈條向前移動，直至繞過驅動輪經返回管道向后移動，最后繞過后端從動輪進一步進入輸送管道進行推料。整個過程實現了密閉性內循環的物料輸送目的。

1.2 工作特點

（1）密閉輸送，環保清潔。管鏈機是密閉式輸送系統，被輸送的物料從進口到出口，整個過程始終處在密閉空間內，出口無需增設除塵裝置。物料輸送中沒有粉塵泄漏到周圍環境中，滿足放射性物料輸送的環保防護要求。

（2）任意空間，多維分布，結構緊湊。由于是通過鏈條沿著管道移動，所以可以實現水平、傾斜、豎直和彎曲等進行組合。整個系統可以實現三維空間內任意方向的物料輸送能力。

（3）安全可靠，輸送能力大。管鏈機是純機械設備輸送系統，牽引力大，重裝系數高，物料輸送能力達，輸送距離遠，單臺水平輸送距離和垂直輸送距離可實現遠距離輸送。

（4）結構簡單，便于操作。管鏈機輸送過程中，整個系統屬于平壓，同時安裝有觀察孔、檢修孔、掏料孔，可以直接觀察物料在管道內的輸送情況。設備維護簡單，清掃與清潔裝置保證物料達到防護標準。

2 故障分析

管鏈機驅動軸主要分為主動軸和從動軸兩部分。主動軸直接安裝于減速機軸孔內，主要采用FAF97 系列平行軸減速機驅動，主動鏈輪通過鍵連接安裝于主動軸上，主動軸另一側采用端蓋固定，切軸端安裝直徑為20 mm。從動軸采用兩端支撐，整個從動部分固定在活動機架上，便于調節整個鏈條在轉動過程中的松緊程度。

管鏈機驅動軸斷裂現象主要有兩種：①主動軸軸端固定軸承內軸斷裂，造成機箱側邊軸端固定軸承失效，鏈輪發生撓度變形，進一步引起鏈輪擺動，最終導致鏈條故障；②主動軸與主動輪裝配處鏈輪內軸斷裂，直接造成鏈輪掉落，與整個驅動單元脫離，造成管鏈機故障。

2.1 驅動軸斷裂原因分析

（1）驅動軸設計及質量缺陷。目前，鈾轉化工序使用的管鏈機主要為1#、2#、3#、4#和5#，其驅動軸與減速機裝配直徑在60～70 mm。在現場實際使用過程中，5 條管鏈機的長度均不相同，輸送物料量也時刻在動態變化，鏈條在運行過程中整個零部件存在瞬時應力集中現象。由于鏈輪與軸的配合處驅動軸直徑為30 mm，存在設計過程中只考慮系統的凈負載計算、忽略瞬時負載應力集中現象，可能造成自身強度不夠。

（2）疲勞斷裂。在連續、長期的運行過程中，鏈條收到相對穩定的運動載荷作用，盡管這種運動載荷比鏈條受到的瞬時集中載荷是的沖擊力量小得多，但周而復始地承受這種交變載荷的作用，同時物料內的氫氟酸等腐蝕性介質對軸造成腐蝕性損壞，導致自身強度下降而引起軸的疲勞斷裂。

（3）負載過大。鏈條張力過大同樣可以引起驅動軸斷裂，常見的有兩種情況：①鏈條調節過緊，增大了鏈條的初張力，進一步造成兩端驅動軸的徑向剪切力過大，而在管鏈機運行時驅動軸還要受到整個鏈條傳遞的扭矩力，同樣容易出現鏈條卡頓的情況，一旦鏈條卡頓、裝置毫無緩沖余地，極易造成整個系統瞬時能量集中在驅動軸各個連接處引起驅動軸斷裂；②管鏈機在滿載或超載的情況下頻繁啟停，如果超過了驅動軸的極限強度值，也容易造成斷軸。

2.2 鏈條故障分析

管鏈機在運行過程中鏈條故障主要以鏈條斷裂和刮板掉落為主。

（1）銷釘斷裂。管鏈機的啟動順序必須是先開機空轉2～5 r后才可開啟進料閥，如果順序顛倒，會造成物料在進料口瞬時堆積，鏈條瞬時張力過大或使得鏈條超負載運行而導致板鏈連接軸銷斷裂。

（2）軸銷滑出，鏈條斷鏈。管鏈機刮板與刮板之間的連接軸銷的軸向防脫卡是普通開口銷定。在運行過程中，受物料內的腐蝕性雜質的影響，造成開口銷腐蝕后脫落，隨著鏈條的運動軸銷逐漸從銷孔中滑出，引起鏈條斷鏈。

（3）刮板掉落，鏈條斷鏈。目前管鏈機所用的刮板結構形式為兩半對扣并通過一個M6 的加長螺桿連接，在連續運行過程中，受腐蝕性雜質的影響螺栓逐步被腐蝕，刮板開始松動，最終導致螺桿斷裂、刮板脫落、鏈條斷鏈。

3 優化與改進措施

（1）嚴格保證零部件自身設計強度。按照輸送物料的特點，適當放大理論負載，將驅動軸軸徑根據現場條件適當放大1.5倍，保證驅動軸的自身強度。

（2）重新設計刮板結構形式。為了消除刮板緊固螺栓失效后的刮板脫落現象，將原有的兩半對扣式刮板設計為整體式板鏈穿透結構，并將刮板與板鏈焊接為一體，可完全實現目的。

（3）重新設計軸銷結構形式。考慮到開口銷失效后，銷釘從板鏈中滑出。將現有連接銷形式改為螺紋緊固防脫，并在螺母與板條之間增加防脫彈簧墊，實現了完全防脫的目標。

（4）防止鏈條過松或過緊。管鏈機開機后，打開尾箱蓋，查看鏈條在運行過程中的松緊狀態，通過機尾彈簧調節緩沖器進行調節，避免鏈條松弛造成“潰鏈”現象或張力過大造成的鏈條運行阻力增加。

4 結論

管鏈機作為氫氟化工序至氟化工序的物料傳輸裝置。必須保證自身零部件的強度和合理的結構特點，才能有效保證設備的穩定運行，避免系統故障。

本文對管鏈機常見的幾種故障進行統計和原因分析，尤其是對設備本身結構的重新優化改進，完全達到了保證管鏈機穩定運行的目的。生產線5 條管鏈機自改進更換后至今（約2 年）的運行時間，未發生驅動軸斷裂和鏈條斷鏈等故障現象，因此，有效保障了整個鈾轉化工序的連續穩定運行。