淺談對棒磨機筒體漏漿問題的分析與處理辦法

新疆應用職業技術學院 盧哲 李國峰 朱明霞

1 原設計狀況

自2010年6月開車投料后，經常出現棒磨機筒體螺栓快速磨損、斷裂，出現了從棒磨機筒體及筒體兩側端面的的密封處泄漏煤漿的現象的問題，并且泄漏現象嚴重。雖然棒磨機筒體襯板、螺栓、密封墊在系統年度大修時都更換成新的備件，但仍會在較短的時間段內就出現筒體螺栓折斷或筒體漏漿現象，隨著時間的推移此種現象會越來越嚴重，嚴重影響生產的連續性和穩定性。原設計結構如圖1所示。

圖1 棒磨機筒體襯板緊固、密封件原結構示意圖

棒磨機筒體螺栓頻繁發生斷裂，不但引發漏漿現象，還會煤漿嚴重浪費。關鍵是泄漏時會導致漏出的煤漿飛濺到軸承、減速序號器、離合器、齒輪等部位，特別是在各齒輪副嚙合處會加劇齒面的磨損；軸承處滲進了煤漿也會給軸承的潤滑帶來隱患，加快了軸承磨損的速度，縮短設備的使用壽命，加大了企業維修養護成本，嚴重影響到了棒磨機及整個氣化車間氣化系統的長期穩定運行。

另外煤漿的泄漏導致工作現場及設備特別臟污，導致工作人員每天都要對螺栓進行緊固，并且安排人員打掃環境衛生，耗費大量的人力、物力和財力才能勉強符合安環標準。由于工作環境差，不但加大了操作人員的勞動強度，而且還對工人的身心健康產生了一定影響。

此外，棒磨機一旦停機維修，就需要置換一次小煤漿槽和煤漿泵及管線，對煤漿濃度的穩定性頗有影響，往往會造成煤漿浪費。

由此可見，對棒磨機筒體螺栓斷裂現象和漏漿問題的解決和改進迫在眉睫，而且十分有必要。

2 漏漿原因分析

2.1 螺栓斷裂現象的分析

原設計棒磨機筒體襯板緊固螺栓的密封方式如圖1所示，是依靠圓形壓蓋5壓緊橡膠密封彈墊4，利用螺母8緊固使密封彈墊4的底面緊貼筒體2的外壁進行密封。筒體外圓具有弧度，故密封圈與筒體接觸時為圓弧對面的接觸，會減少密封面，增大泄漏的幾率。另外，在正常工作情況下，磨棒對襯板的沖擊，密封彈墊也不斷承受交變載荷，使其疲勞，而原設計中密封彈墊采用的是普通橡膠，彈性差，容易失去彈性而加速老化。

棒磨機筒體高速轉動時，會產生較大的離心力，襯板隨著筒體旋轉，與筒體之間產生相對位移，故筒體與耐磨襯板間沉頭連接螺栓不但要受交變的拉應力，還要受交變的剪應力及交變的彎曲應力，從而發生疲勞斷裂現象[1]。

襯板內孔為鑄造孔，是非加工面，與沉頭螺栓接觸時，一定是點接觸或線接觸，導致襯板與螺栓接觸面磨損速度加快，密封彈墊預緊力快速消失，螺栓松動，致使密封不嚴，導致筒體漏漿直至螺栓折斷。

隨著磨損量的加大，筒體螺栓孔從圓形磨損為橢圓形，孔徑從36mm磨損至40mm左右，螺栓與筒體之間不能保證完全垂直，使螺栓受力不均勻，返是螺栓斷裂的一個原因。

此外，襯板與筒體之間加有5mm厚橡膠墊起降噪作用，橡膠墊使得襯板與筒體之間有彈性量，隨著該膠墊的使用老化，失去彈性，也容易使螺栓松動，導致螺栓承受交變載荷折斷，密封不嚴出現漏漿現象。

2.2 螺栓連接處的密封結構的分析

螺栓孔徑增大，螺栓晃動，壓蓋壓下后，不能保證密封。另外圖1中的壓蓋5與筒體2間的密封橡膠圈材質發硬，極易硬化散裂，也會導致螺栓松動，不能很好的起到密封作用，致使螺栓折斷或漏漿。

3 解決辦法和技術改造

針對上述棒磨機筒體襯板緊固螺栓斷裂、密封膠墊處泄漏煤漿的問題，我們對有關零件材料和棒磨機筒體襯板緊固螺栓的密封件結構和材料進行了改進和更換，經過后期的完善，有效解決了棒磨機筒體襯板緊固螺栓斷裂和煤漿泄漏的問題。本改造結構簡單，易于實現（圖2和圖3）。

圖2 改造后的密封件結構

圖3 周圈滿焊局部放大圖

3.1 材料的更換和處理

材料方面，將圖2中的沉頭緊固螺栓8的材料由原有Q235B材質改為15CrMo，并進行表面淬火處理，使其表面硬、芯部韌，耐磨性和強度大幅提高，具有了良好的綜合力學性能和使用性能，使用壽命大大提高；密封彈墊4的材料由原有普通橡膠改為丁腈橡膠，彈性和使用壽命都有較大提高，并按照圖2中零件4的尺寸重新外協采購。

3.2 結構的改造

在原有的襯墊、耐磨襯板、筒體等組成的密封結構的基礎上，進行如下結構上的改造[2]。

將圖1中的壓蓋5和密封彈墊4的形式改造為圖2中的壓蓋5和密封彈墊4，由原來的兩個部件改為現在的三個部件，為了防止密封墊疲勞裂口，增加了圖2中的密封函3，使密封墊的密封面變為面面接觸。如圖3所示密封函與筒體之間通過周圈滿焊的方式，把之前的活動密封點焊死后，此處就不再存在漏點。此外密封函還有三個作用：一是可以修復筒體上被磨大的螺栓孔，從而減少螺栓徑向擺動量，否則把筒體上384個被磨大的橢圓孔修復成圓孔，需要上專門的機床，成本高，工程量也大；二是增加了筒體厚度，螺栓與筒體的接觸面積增大，使螺栓承受剪切力的面積也增大，同時也減少了螺栓的徑向擺動量，使螺栓不易折斷；三是保證螺栓在孔內與筒體垂直，不再晃動，故螺栓只承受軸向載荷，否則一旦松動不垂直還會承受耐磨襯板和筒體之間產生的軸向沖擊剪切力，造成螺栓疲勞斷裂。

在改進后圖2的螺母8下還增加了普通彈性墊圈6。增設彈性墊圈也有三個作用：首先是保證螺栓的預緊力，使螺母不易松動；其次是讓壓蓋與密封函之間始終保持預緊力，使得密封彈墊始終處于壓緊狀態，起到更好的密封效果；再次是增強了螺栓的抗沖擊性，棒磨機在啟動時，襯板瞬間承受鋼棒的沖擊載荷，增大螺栓活動量，以此補償螺栓的彈性變形，不至于使螺栓在承受沖擊載荷時，由彈性變形變為塑性變形，從而使螺栓疲勞斷裂。

經過現場多次實踐，我們總結出了選用50CrMnV的碟簧（型號：D71-36，厚5mm）代替彈性墊圈，效果更佳。條件允許情況下，把碟簧成對安裝，密封效果會更好。經過一年多的使用，棒磨機筒體螺栓斷裂和漏漿現象得到徹底改善，現在只需兩三個月緊一次螺栓，一年更換一次密封圈就可以。

還有，將筒體內襯板固定，并拆除襯板與筒體之間起降噪作用的橡膠墊，不再讓耐磨襯板和筒體產生相對位移。但此項工作工作量較大，須結合相關考察及外協援助在年度大修時組織施工。

此外，在筒體螺栓孔與螺栓之間澆注帶壓堵漏膠，也起到了很好的輔助密封效果，煤漿泄露現象大幅減少，車間生產環境有了很大改善，停機維修次數大幅減少，保證了生產的連續穩定運行。

4 投資效益

4.1 直接經濟效益

2臺棒磨機共計768個筒體螺栓密封點，僅用單次14萬元的改造加工費用就解決了問題，改造以前對漏漿進行維修養護會產生至少每年50萬元的費用，經過測算具體節省了以下五項費用：電耗費用；每停一次棒磨機要置換一次小煤漿槽和煤漿泵及管線造成的物料浪費費用；環境衛生清理支出費用；筒體螺栓折斷消耗費用和頻繁的檢修人工消耗費用等。

2臺棒磨機的投入產出比約為3.57，大概四個月就能收益。

4.2 間接經濟效益

解決了螺栓斷裂和漏漿問題，就可以使煤漿濃度穩定，便于氣化爐運行的平穩，大幅減少了頻繁調整氧煤比的次數，整個系統停機次數大幅減少，保證了生產的連續性、穩定性。

經過對棒磨機筒體螺栓密封件結構和材料的改造后，現場干凈整潔，車間工作環境得到很大改善，也大大降低了工人的檢修工作強度，為企業節約了成本，保證了設備長期穩定運行，達到了本次設備技術改造的目的。

我們認為，這次技改，對其他同類型企業類似設備的技改也會起到一定的示范作用，具有較高的推廣價值。