臥式螺旋離心機常見機械故障分析和解決方法

董曉利，馬登金

（新疆工業職業技術學院，新疆烏魯木齊 830022）

0 引言

臥式螺旋離心機主要應用在造紙、印刷、化工、畜牧、釀造、食品、飲料等領域中的脫水分離以及工業污水和城市污水處理，其質量可靠、機械性能優良、機器適應性強、耐腐蝕性好，處理量大、自動化操作、脫水效果好，特別是在環保領域有著良好且廣泛的應用。

1 臥式螺旋離心機工作原理

1.1 工作原理

臥式螺旋離心機主要由轉鼓、螺旋、差速器等組成，轉鼓做高速轉動，螺旋與轉鼓轉動方向相同但轉速略低，臥式螺旋離心機的結構如圖1 所示。轉鼓——利用高速旋轉達到理想的沉降分離；螺旋——輸送和壓緊污泥；差速器——在轉鼓和螺旋之間產生轉速差；清液出口——通過溢流回收液相，即清液；排渣口——通過重力回收固相，即污泥。

臥式螺旋離心機利用固-液比重差以及離心力作用，實現固-液分離，其工作過程如下:

懸浮液連續不斷地經進料管（空心轉軸）進入轉筒，隨即被甩入轉鼓腔內，轉鼓高速轉動產生非常強的離心力，固相顆粒（污泥）因離心力作用而貼在轉鼓內壁上，并不斷堆積，因所形成的固體層為環狀，也稱為固環層；液相水也因離心力的作用形成液體層，但因其密度小于固相顆粒，所受到的離心力作用也小于固相顆粒，其位于固環層內側，稱之為液環層。利用轉鼓與螺旋轉速差產生的相對運動，把固環層推至轉鼓錐端，污泥從錐端分布的排渣口持續不斷地排出；液環層轉至轉鼓大端，在轉鼓大端分布有溢流口，液體從溢流口溢出轉鼓，并通過排液口排出，形成分離液（即清液）[1]。

圖1 臥螺離心機結構示意

1.2 影響臥式螺旋離心機分離效果的因素

（1）離心機轉鼓的轉速:轉鼓轉速的提高，會提升分離效果，增加螺旋與轉鼓的轉速差，增大處理量，但是過快的轉速會引起機器振動，降低設備使用壽命，因此要合理選擇轉速，能滿足分離要求即可。

（2）進料流量（處理量）:進料流量影響物料在設備內的留滯時間，進而影響分離效果。較小的處理量，使得料液的軸向流速也較小，在轉鼓內的停留時間就長，分離效果較好；反之，過大的進料流量會降低分離效果。另外，進料流量還與料液含固量和離心機螺旋的排渣能力有關，過大的進料流量可能造成轉鼓堵料，影響分離效果。因此要合理選擇進料流量，使之與料液的含固量和分離要求相匹配。

（3）溢流板直徑:轉鼓大端設置有溢流板，可以通過調節溢流板的直徑，控制液環層的液體深度。小直徑的溢流板，可以增加液環層的深度，使得分離液澄清度高；反之，增大溢流板直徑，得到的分離液澄清度低，分離效果差。

（4）轉鼓與螺旋的差轉速:較小的差轉速，有較好的分離效果，但因固相顆粒在轉鼓中停留時間較長而易產生堵料；較大的差轉速，因螺旋對液體層的擾動大，使得分離效果差，但有較好的排渣能力。可依據料液含固量來確定差轉速，小的含固量匹配小的差轉速，大的含固量匹配大的差轉速。

（5）長徑比:臥式螺旋離心機的長徑比越大，其處理能力越強，分離效果越好。

（6）懸浮液的特性:物料中固相顆粒大小不同，受到的離心力作用不同，分離效果也就不同。顆粒越大，分離越容易；過小的顆粒，易混于分離液中，隨分離液溢出。另外，固液兩相的比重差、懸浮液粘度也影響分離效果，固液兩相比重差越大，越容易分離，懸浮液黏度越小，越容易分離[2]。

2 臥式螺旋離心機常見故障分析及處理

2.1 例行檢查

2.1.1 每班例行檢查內容

（1）離心機的振動有無異常。

（2）主軸承的溫升。

（3）主軸承座螺釘是否松動。

（4）排渣和出漿情況。

（5）液壓泵有無漏油現象。

2.1.2 定期（運行1 個周期）檢查內容

（1）檢查三角帶的松緊情況，及時調整，避免過松；磨損過度應更換。

（2）停機檢查轉鼓各段的聯接螺釘及差速器聯接螺釘是否松動。

（3）檢查液壓泵油位，軸承油脂量，不足時按規定補充。

2.1.3 全面（運行4 個周期）檢查內容

（1）解體大修，轉鼓、螺旋清垢，零部件清洗。

（2）檢查螺旋葉片的磨損。

（3）檢查轉鼓護罩的變形。

（4）檢查主要承力零件:檢查轉鼓各段及大小端蓋半軸、推料器半軸和花鍵套半軸、軸承座、差速器聯軸盤等，更換有裂紋、嚴重變形和過度腐蝕的部件。

2.2 常見故障

臥式螺旋離心機常見故障主要有:機器振動異常并伴隨有異響、軸承溫度過高、軸承損壞、排渣量過少以及其他故障。

2.2.1 異常振動

2.2.1.1 異常振動主要表現

異常振動一般都伴隨有異響，異常振動特別是強烈的異常振動對離心機設備的損害是非常大的，主要表現在:

（1）動靜部分發生摩擦，使某些部件產生過大的動應力，造成疲勞損壞，長期以往釀成事故。

（2）過大振動使軸承座地腳螺栓斷裂，造成個別零件松動脫落，從而失效，導致軸承振動進一步增大，進而損壞設備。

（3）加速某些部件的磨損和產生偏磨，特別是軸頸。

（4）過大的機械振動和噪音，對操作人員的生理健康產生不利影響。

2.2.1.2 引起異常振動的原因分析、處理及預防措施[3-5]

（1）軸承使用一段時間后，因摩擦使得徑向間隙增大，主軸回轉時偏離回轉中心，引起振動；另外，軸承質量差、壽命短、裝配質量不高導致軸承損壞，也能引起振動，這類問題更換軸承即可解決。軸承的安裝要保證裝配質量；經常檢查軸承并及時加油，保證油脂量充足，潤滑充分，減小摩擦。

（2）轉鼓的2 節直管筒體與錐管筒體的螺栓未緊固到位，間隙過大，導致轉鼓失去平衡，引起振動。裝配轉鼓時，連接筒體的緊固螺栓要緊到位，貼合面的間隙≤0.05 mm。

（3）差速器與轉鼓同軸度誤差過大，致使運轉時回轉軸線存在拐點。調整同軸度，保證回轉軸線水平。在裝配時，擰緊液壓馬達與配對軸承的貼合面的螺栓，保證貼合面間隙一致且≤0.05 mm。

（4）進料管與空心軸摩擦，導致振動加劇。檢查進料管是否彎曲，若彎曲，更換進料管；若不彎曲，調節進料管尾端的四顆內六角螺栓的松緊度，重新調整進料管與螺旋空心軸的同軸度。每次檢修試車時，進料管與螺旋空心軸的同軸度要調試到位。

（5）轉鼓塞料。離心機運行使用一段時間后，物料在轉鼓與螺旋之間形成結塊，使離心機重心偏離回轉幾何軸心，整個系統受到離心力干擾而振動，這種振動對設備損害非常大。出現這種情況時，需要對轉鼓清垢，并檢查轉鼓內壁和螺旋葉片是否出現溝槽，導致固相殘渣沉積。結合實際合理確定檢修周期，解體時全面清洗設備。

（6）地腳螺栓松動或斷裂均可引起振動。定期檢查，緊固螺栓，更換斷裂或不能繼續使用的螺栓。

（7）進料太多、太快，導致離心機超載而引起振動。嚴格控制進料速度和進料量，使其不超過離心機的承載上限。

（8）電機轉速過快。選擇合適的轉速上限，啟動時，轉速應由低速逐漸加快。

2.2.2 大、小端軸承溫度過高

2.2.2.1 軸承溫度過高的危害

一般情況，大、小端軸承運轉時的溫升為40 ℃左右，溫度過高，會降低軸承韌性，加大磨損，減少軸承使用壽命，甚至造成軸承斷裂。

2.2.2.2 引起軸承溫度過高的原因分析

（1）軸承室中潤滑脂過多或過少；所用潤滑脂牌號不對，質量不好，變質或其中夾有雜物。

（2）軸承有故障、磨損或損壞；軸承質量不好；軸承型號選擇偏小、使用過載，造成滾動體承受載荷過大；軸承間隙過大或過小；跑內圈或跑外圈；軸承內有雜物。

（3）聯軸器不對中；皮帶拉得太緊。

（4）軸承蓋偏心，與軸摩擦。

2.2.2.3 相應的處理對策[6]

（1）對離心機的保養維護主要是做好潤滑工作，加潤滑脂就是其中之一。選擇合適的潤滑脂，并適量加入，不使用劣質潤滑脂，一般加脂量不超過軸承空間的50%。檢查油內的雜質情況，更換潔凈的潤滑脂，更換時要清除舊潤滑脂。

（2）更換新軸承，選擇合適的軸承型號，對含有雜質的軸承要徹底清洗，裝配軸承方式要正確。

（3）調整聯軸器與軸承的同心度；調整傳動皮帶的張力，使其張緊合適。

（4）修理軸承蓋內部，保證與軸間隙合適，不產生摩擦。

2.2.3 軸承損壞軸承損壞能產生振動，并使軸承溫度升高，進而損壞設備，處理不當會產生嚴重的后果。

2.2.3.1 軸承損壞原因分析

安裝處理不當、混入污染物、潤滑不良、疲勞損壞等都有可能引起軸承損壞，具體如下:

（1）軸承裝配不當。比如，冷裝時，不均勻敲擊造成跑內圈或跑外圈現象，兩者均會在運行中引起軸承溫度升高甚至燒毀，尤其是跑內圈現象，還會造成軸嚴重磨損以及彎曲。

（2）軸承腔內存在異物。在更換油脂時，軸承腔沒有清理干凈，存在細小剛性顆粒，或者所加油脂不干凈，導致運行時異物摩擦引起軸承溫度升高，甚至燒毀軸承。

（3）油脂損耗較快，補充不及時造成潤滑不良，進而引起軸承損壞。

（4）不同牌號油脂混用，易造成潤滑失效，引起軸承損壞。

（5）軸承制造不合格，存在質量問題。

（6）長期停機不運行，油脂變質，致使軸承生銹。

2.2.3.2 相應對策[7]

（1）安裝軸承時，內圈與軸配合，一般采用熱裝，保證其裝配質量。

（2）軸承安裝前仔細清洗，確保軸承腔內沒有雜質，填加油脂時潔凈操作，不得引入雜質。

（3）必要時增加冷卻措施，避免油脂損耗過快。

（4）禁止多種潤滑油脂混用。

（5）軸承安裝前仔細檢查質量，確保其外形完整、表面光潔、轉動靈活、游隙合適。

（6）對于長期不用的，使用前更新軸承油脂。

2.2.4 排渣量過少排渣量是體現離心機工作處理能力的指標之一，排渣量過少，影響離心機的工作效率和處理能力。

2.2.4.1 排渣量過少的原因分析

（1）排渣口堵塞，導致排渣量過少，甚至不排渣。

（2）轉鼓與螺旋差速度過小，導致相對運動較小，因而排渣量小；傳動皮帶出現打滑。

（3）泥漿物理性質不合適，導致分離效果不佳。

（4）發生堵料，導致螺旋不能旋轉。

2.2.4.2 相應處理方法

（1）清理疏通排渣口。

（2）調整傳動皮帶松緊度合適。

（3）檢查泥漿物理性質，如粘度、固相含量及顆粒大小、固相液相密度差等，如果存在粘度過高、固相含量少、顆粒過小、固相液相密度差不大，需重新制定工藝，確保分離效果。

（4）大修，清理轉鼓內壁殘留的固相殘渣。檢查轉鼓內壁和螺旋葉片是否出現溝槽，導致固相殘渣沉積；檢查螺旋葉片是否磨損，導致輸送沉渣能力下降。若存在以上問題，及時處理修復或更換新備件[8]。

3 臥式螺旋離心機解體、清洗、裝配

臥式螺旋離心機的工作周期一般為15～20 天，即每半個月就要對其全面檢修一次。根據檢修計劃，臥式螺旋離心機每4 個周期進行一次解體清洗。

3.1 解體

3.1.1 拆卸液壓馬達

液壓馬達即差速器，電機控制離心機轉鼓的旋轉，液壓馬達控制離心機螺旋的旋轉，離心機運轉時，轉鼓與螺旋同向旋轉且存在速度差。拆卸液壓馬達時，用破布堵住油孔，保持油孔清潔，防止雜物、渣子進入油孔，影響液壓動力傳輸。

3.1.2 拆卸滾針軸承、配對軸承和小端主軸承

拆卸滾針軸承、配對軸承和小端主軸承時，應注意并記錄軸承、彈性擋圈、固定環、調節環、軸套、墊片、壓蓋、頂蓋等零部件的位置及裝配順序，同時應注意不要損傷花鍵軸和小端支承軸，以免增加裝配負擔。

3.1.3 拆卸大端主軸承和大端端蓋

方法同拆卸小端主軸承一樣，避免損傷大端主軸。

3.1.4 拆卸轉鼓

轉鼓由2 節直管筒體和1 節錐管筒體組成，先拆卸大端處的直管，按順序依次拆卸至錐管。拆卸過程中，由于堵料或轉鼓內壁殘留有污泥而使轉鼓與螺旋分離困難甚至無法分離，可邊用大錘敲擊轉鼓，邊來回滾動，以利于殘渣脫離轉鼓內壁并排出機外。敲擊過程中，用力不要過大，避免因用力過大而造成轉鼓變形。

3.2 零部件清垢、清洗

解體完畢后，對主要零部件清垢、清洗。清除轉鼓內壁殘留的污泥殘渣，確保離心機的處理能力；同時清除大端端蓋與轉鼓直管、轉鼓直管與直管、直管與錐管、錐管與支承軸結合面的殘留泥渣，確保以上各部件間的緊密配合，否則在運轉時引起離心機振動。清洗軸承內外圈、彈性擋圈、固定環、調節環、軸套、墊片、壓蓋、頂蓋等零部件與軸的接觸面以及相互間的接觸面上的泥渣、油污；更換不能繼續使用的軸承、內六角螺栓以及其他配件。將潤滑油孔、盲孔、螺孔和沉孔中的鐵屑以及其他臟物吹掃干凈；使用細齒銼或者細砂紙將零件的貼合面和配合面上的傷痕、劃痕、壓痕打磨掉。

3.3 裝配

3.3.1 裝配順序與注意事項

裝配時從轉鼓小端開始，先裝配轉鼓錐管與小端支承軸，在整個裝配過程中起定位作用；然后依次裝配小端主軸承、配對軸承，2 節轉鼓直管筒體，大端端蓋和大端主軸承；最后裝配滾針軸承和液壓馬達。裝配過程中以上各部件相互間的貼合面間隙≤0.05mm（具體裝配方法在此不做闡述）。

在裝配過程中，仔細檢查所用零件，如有裂紋、磨損、腐蝕、嚴重變形、異常竄動等情況，要及時更換；清潔所用零件；保證貼合面沒有渣滓，配合法蘭面完全貼合。

3.3.2 熱裝

所謂熱裝，是具有過盈量配合的兩個零件，裝配時先將包容件加熱脹大，再將被包容件裝入到配合位置的過程。

軸承裝配方式關系著其使用壽命，也關乎設備的正常運轉周期，已經表明，軸承熱裝比冷裝更耐用。

熱裝軸承傳統加熱方式是以礦物油為介質，將軸承放在距容器（油槽）底部50～70 mm 的網柵上或懸掛在油中進行加熱，如果將軸承放于容器底部，會造成軸承加熱不均勻，與容器接觸的底部因局部受熱而溫度過高。所用溫度計要侵入油中，下端與軸承底部處于同一高度，確保測量準確。加熱溫度依據過盈量確定，軸承內孔受熱膨脹的公式見式（1）:

式中，t0為當時環境溫度（℃）；t1為加熱后軸承溫度（℃），簡稱終溫；δ 為軸頸與軸承內孔間實際過盈量（mm）；δ0為熱裝的最小間隙（mm）；α 為材料的線膨脹系數（mm/mm·℃）；d 為滾動軸承內徑（mm）。

確保軸承的終溫≤130 ℃，如果太高，容易產生回火效應，導致軸承硬度降低，縮短使用壽命；并且加熱時間＞15 min。

若不具備溫度計，可根據以往經驗自行判斷終溫，一般來說，油加熱至冒白煙可認為達到終溫。

軸承加熱完畢后，應立即裝配到軸上。裝配時，要看準裝配位置，動作要快，以免軸受熱膨脹，影響裝配精度；如果裝配受阻，軸承不能順利裝配到位，此時不能強行敲擊裝配，應把軸承退出來，重新加熱再裝配。軸承順利到位后，要保證軸承緊貼軸肩，并頂緊一段時間，直到軸承冷卻至室溫，測量裝配間隙，保證≤0.05 mm。

軸承安裝完畢后，要進行系列檢查，檢查轉動部分與靜止部分是否相互摩擦；軸向緊固裝置的安裝是否正確；潤滑油脂在軸承內是否合理；密閉裝置是否可靠[9]。

3.3.3 吊裝

吊裝是利用吊具或起升機構（常用電葫蘆）完成設備的安裝。吊裝作業前應對吊具認真檢查，先開動電葫蘆空負荷運行試機，并檢查按鈕能否可靠的控制電葫蘆的升降和運行；限位器動作是否靈活可靠；運轉時有無異常的響聲或氣味；鋼絲繩能否在卷筒上正確纏繞，同時檢查電葫蘆的鋼絲繩和拴捆吊物用的鋼絲繩是否斷絲、斷股、彎曲、變形、腐蝕等。

吊裝作業時應由專人操作電葫蘆，專人指揮，信號要清晰、準確，吊物下方不得站人，人員撤至安全區域；吊物必須捆綁牢固，并保持平衡。

吊裝離心機時，離心機必須吊平，并平放在機座上，大小端同時著落。之后，安裝進料管、傳動皮帶、液壓油管。完畢后，安裝罩殼。

3.3.4 調試

臥式螺旋離心機上線后，要對設備的完整性進行檢查，避免漏裝部件、裝錯部件；差速器和液力偶合器油位是否符合要求；三角膠帶是否張緊適當；軸承座、供料管等部位的連接螺釘的松緊程度是否合適。

啟動離心機，空載運行，觀察轉鼓、螺旋旋轉方向是否正確，從轉鼓小端觀察，應為順時針方向旋轉；并檢查設備是否存在異常振動、有無噪聲，軸承是否發熱等情況。

由聲音判斷進料管是否與螺旋空心軸摩擦，若摩擦，可通過調節進料管尾端的四顆內六角螺栓的松緊，進而調整進料管與螺旋空心軸的同軸度，直到二者相同，即進料管與螺旋同軸，無摩擦異響。

4 結語

臥式螺旋離心機維護及檢修的重點如下:

（1）為保證臥式螺旋離心機運轉的平穩、高效，維持其動平衡的穩定是關鍵，因此，在臥式螺旋離心機裝配時，各零部件一定要裝配到位。

（2）軸承是零部件的重中之重，也是故障的高發部位，軸承的損壞可以引發其他的機械故障（例如機械振動），同樣其他的機械故障（例如機械振動）也有可能導致軸承損壞。因此，軸承裝配時，裝配方式要正確，保證質量，提高壽命；同時，在平時監控、日常維護與檢修中，軸承應作為重點項目，保證潤滑油脂充分，更換不能繼續使用的軸承，這些對離心機故障的減少有不小的作用。

（3）固相沉渣易殘留是臥式螺旋離心機的一大缺點，也是破壞動平衡的原因之一，因此，清除固相殘渣也是周期檢修的重點項目。

總結操作人員和檢修人員經常遇見的問題和處理方式，旨在總結經驗，以指導維護和檢修，達到提高生產率，減少故障率的目的。