卸船機料斗抑塵噴淋供水系統(tǒng)故障分析及改造

黃仕濤

江蘇利電能源集團 江陰 214444

0 引言

卸船機料斗噴淋系統(tǒng)主要為解決一期和三期卸船機卸料時粉塵飛揚造成的環(huán)境污染而設(shè)置的水霧抑塵系統(tǒng)，其主要組成包括外網(wǎng)管道供水系統(tǒng)、水纜卷盤供水系統(tǒng)和料斗抑塵噴淋系統(tǒng)。其中，水纜卷盤供水系統(tǒng)主要包括卷盤、減速器和電動機、轉(zhuǎn)數(shù)限位開關(guān)、水纜及導(dǎo)纜架等設(shè)備。

工作時先由棧橋外網(wǎng)管道通過水纜卷盤及內(nèi)網(wǎng)管道給噴淋水箱供水，然后由料斗層離心泵通過控制閥門供給高壓噴嘴噴射霧狀水珠，形成水幕阻止粉塵外揚。

水纜卷盤供水系統(tǒng)運行中經(jīng)常出現(xiàn)故障，影響料斗噴淋的正常投用以及卸船機的移動作業(yè)。為此，通過技術(shù)改造將水纜卷盤供水系統(tǒng)改為水槽自吸泵供水系統(tǒng)，提高設(shè)備的可靠性。

1 系統(tǒng)原理

1.1 一期卸船機供水

一期2臺卸船機為20世紀90年代意大利生產(chǎn)，分別為1號和2號，其水纜卷盤供水系統(tǒng)中傳動機構(gòu)所用的減速器為蝸輪蝸桿減速器，采用齒輪油液體潤滑。由電動機將動力傳至減速器蝸桿，經(jīng)減速后，將放大后的力矩通過蝸輪兩側(cè)的摩擦盤傳遞給水纜卷盤。

水纜卷盤工作時，電動機始終向收纜方向旋轉(zhuǎn)，當卸船機遠離供水點方向行走時，通過對水纜拖拽克服摩擦盤與蝸輪間摩擦，使蝸輪與摩擦盤之間產(chǎn)生滑移，把卷盤上的水纜放出。當卸船機回行時，對水纜拖拽力消除，靠摩擦盤與蝸輪間摩擦力矩的作用，水纜卷盤朝卷取方向旋轉(zhuǎn)而進行收纜。當卸船機停止行走時，電動機停止轉(zhuǎn)動，靠蝸輪蝸桿自鎖特性，鎖住水纜卷盤。水纜減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 水纜減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2 三期卸船機供水

三期2臺卸船機為2006年國內(nèi)生產(chǎn)，分別為3號和4號，其噴淋供水采用水纜拖鏈供水系統(tǒng)。后因拖鏈經(jīng)常損壞、維護成本高，2014年拖鏈改造時，將水纜拖鏈供水系統(tǒng)改造為磁滯式水纜卷盤供水系統(tǒng)。其供水系統(tǒng)傳動為磁滯聯(lián)軸器、行星減速器、圓錐減速器組合形式，采用干油油脂潤滑。由電動機通過磁滯聯(lián)軸器的磁耦合將動力傳至減速器輸入軸，經(jīng)行星減速器、圓錐減速器減速后，將放大后的力矩傳遞給水纜卷盤。

水纜卷盤工作時，電動機始終向收纜方向旋轉(zhuǎn)，當卸船機遠離供水點方向行走時，通過對水纜拖拽克服磁滯聯(lián)軸器的磁場扭矩，使磁盤與感應(yīng)盤之間產(chǎn)生滑差，把卷盤上的水纜放出。由于磁耦合的存在，磁滯聯(lián)軸器的磁場扭矩將始終保持水纜張緊狀態(tài)[1]。當卸船機回行時，對水纜拖拽力消除，在磁滯聯(lián)軸器的磁場扭矩作用下，水纜卷盤朝卷取方向旋轉(zhuǎn)進行收纜。當卸船機停止行走時，電動機停止轉(zhuǎn)動，靠電動機輸出軸上的單向軸承，鎖住水纜卷盤，防止水纜松弛下溜。磁滯式水纜卷盤傳動機構(gòu)如圖2所示。

圖2 磁滯式水纜卷盤傳動機構(gòu)

2 常見故障

2.1 一期卸船機供水系統(tǒng)

一期2臺卸船機運行中水纜卷盤供水系統(tǒng)常出現(xiàn)減速器蝸輪兩側(cè)摩擦面磨損，摩擦傳遞力矩不足引起卷盤水纜下溜。與蝸桿嚙合的蝸輪傳動輪齒磨損，蝸桿下端軸承損壞，傳動阻力增大，引起電源開關(guān)常跳，水纜拉斷等故障。一期卸船機供水系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計如表1所示。

表1 一期卸船機供水系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計表

2.2 三期卸船機供水系統(tǒng)

三期2臺卸船機運行中噴淋供水系統(tǒng)常出現(xiàn)卷盤水纜下溜、磁滯聯(lián)軸器軸承損壞卡死，行星減速器軸承損壞、圓錐減速器輪齒損壞，電源開關(guān)常跳，水纜拉斷等故障。三期卸船機供水系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計，如表2所示。

表2 三期卸船機供水系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計表

3 故障分析

3.1 一期卸船機供水系統(tǒng)故障分析

3.1.1 卷盤水纜下溜

當卸船機遠離供水點方向行走時，水纜受卸船機的拖拽而向下放纜，此時電動機仍按收纜方向旋轉(zhuǎn)，水纜始終處于張緊狀態(tài)。此時，蝸輪與摩擦盤之間產(chǎn)生相對滑移量要比卷盤電動機停轉(zhuǎn)時行走滑移量多一倍，導(dǎo)致摩擦面磨損加劇。蝸輪材料為錫青銅，比40Cr材料的摩擦盤更容易磨損。設(shè)備運行一段時間后，蝸輪兩側(cè)摩擦面的阿基米德螺旋溝槽被磨損，摩擦副接觸面摩擦系數(shù)降低，摩擦力矩減少，當卸船機回行收纜時，出現(xiàn)摩擦副相對滑移，水纜回收速度跟不上大車行走速度，表現(xiàn)水纜松弛、水纜松弛限位動作，水纜故障報警。此時雖可通過順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)盤壓緊磨擦副側(cè)彈簧，增加彈簧作用力來增大摩擦力矩，消除卷盤水纜下溜現(xiàn)象。但由于蝸輪側(cè)面的溝槽磨損增加，摩擦面溝槽內(nèi)潤滑油減少，放纜滑差時磨損加劇，導(dǎo)致摩擦系數(shù)進一步減少，彈簧伸長，摩擦傳遞力矩減少而再次出現(xiàn)下溜現(xiàn)象。

3.1.2 蝸桿下端軸承損壞

由于減速器運行過程中，蝸輪磨損產(chǎn)生的大量錫青銅粉末混于齒輪油中，最終沉積在減速器最低位螺桿下端軸承座處，導(dǎo)致軸承磨損、保持架損壞、出現(xiàn)傳動卡澀故障。

3.1.3 水纜拉斷

水纜卷盤的力矩需要經(jīng)常調(diào)整，但輸出扭矩不宜過高。在調(diào)整摩擦盤壓緊彈簧時，彈簧壓縮量過大后會導(dǎo)致摩擦傳遞扭矩過大，放纜時，摩擦副不能產(chǎn)生相對滑差，水纜易被卸船機拖拽拉斷。另外，冬季執(zhí)行防凍措施排空水纜中水后，水纜膠管管內(nèi)無水壓支撐，水纜抗拉強度降低，運行時也容易出現(xiàn)被拉傷、拉斷現(xiàn)象。

3.2 三期卸船機供水系統(tǒng)故障分析

3.2.1 卷盤水纜松弛下溜

1）單向軸承損壞 單向軸承的作用是在設(shè)備斷電的情況下，磁滯聯(lián)軸器的支撐力矩作用在單向軸承上[2]，防止水纜松纜。卸船機大車行走時，水纜卷盤電動機始終向收纜方向旋轉(zhuǎn)，水纜收緊。當卸船機行走結(jié)束停止移動時，電動機停止轉(zhuǎn)動，單向軸承起逆止作用，一旦單向軸承損壞，逆止作用失效不能自鎖，水纜在自重作用下自動放開，出現(xiàn)下溜。

2）當行星減速器軸承損壞或圓錐減速器軸承卡澀時，收纜所需的卷取力矩增大，磁滯聯(lián)軸器的磁場力矩不足以克服附加阻力矩時，出現(xiàn)收纜速度跟不上大車行走速度，導(dǎo)致水纜松弛。

3.2.2 磁滯聯(lián)軸器軸承損壞卡死

磁滯聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部軸承多為6206深溝球軸承，較為單薄且無法加油潤滑（無加油嘴且無法加裝）。放纜時，磁滯滑差能耗使得聯(lián)軸器溫升較高，軸承內(nèi)部油膜干涸，軸承磨損加劇，最終導(dǎo)致軸承保持架損壞，軸承卡死。

3.2.3 齒輪箱損壞

行星減速器制造及裝配精度差，軸承過載系數(shù)小，極易損壞，輸出軸易彎曲變形。圓錐減速器制造精度差，輪齒硬度低。當磁滯聯(lián)軸器或行星減速器軸承損壞時，卸船機遠離供水點方向行走而拖拽水纜，將旋轉(zhuǎn)力矩傳至圓錐齒輪副，由于傳動端軸承損壞卡死不能轉(zhuǎn)動，從動端受水纜的拖拽導(dǎo)致齒輪副堵轉(zhuǎn)，圓錐齒輪副嚙合面擠壓損壞。

3.2.4 電源開關(guān)跳閘

磁滯聯(lián)軸器軸承損壞卡死導(dǎo)致磁盤與感應(yīng)盤不能產(chǎn)生滑差，引起電動機過載，電動機保護熱偶動作，引起電源開關(guān)跳閘。

3.2.5 水纜拉斷

圓錐齒輪副因軸承損壞卡死堵轉(zhuǎn)，導(dǎo)致水纜拉力增大而被拉斷。磁滯聯(lián)軸器軸承損壞卡死，放纜時不能產(chǎn)生滑差，導(dǎo)致水纜被卸船機拖拽拉斷。冬季放空水時，水纜抗拉強度降低也容易被拖拽拉斷。

4 供水系統(tǒng)改進方案

由于水纜卷盤供水系統(tǒng)故障較多，運行中一旦出現(xiàn)故障，不僅影響料斗抑塵噴淋正常投用，且由于水纜與卸船機大車連鎖，卸船機將無法行走作業(yè)，只有臨時脫開水纜、解除連鎖才能恢復(fù)。另外，水纜傳動機構(gòu)檢修工作量大，恢復(fù)時間長，嚴重影響卸船機有效利用率，降低了設(shè)備可靠性。為此，需要選擇安全可靠、維修方便、不與卸船機大車連鎖，不影響卸船作業(yè)的供水系統(tǒng)。經(jīng)過多方面調(diào)查研究、綜合對比，確認水槽自吸泵供水系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢[3]。3種供水系統(tǒng)優(yōu)缺點對比如表3所示。

表3 3種供水系統(tǒng)優(yōu)缺點對比

由表3可知，電纜卷盤供水系統(tǒng)改為水槽自吸泵供水系統(tǒng)，雖然初期投資成本高，但其后期維護成本較低，且不影響卸船作業(yè)，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益，卸船機水噴淋投用率可達到100%，大大降低卸船過程中煤粉塵無組織排放量。

5 方案具體實施

由于水纜卷盤供水系統(tǒng)故障較多，且三期卸船機供水系統(tǒng)比一期卸船機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障相對較多，先行對三期2臺卸船機的供水系統(tǒng)采用水槽自吸泵進行改造，如圖3所示。

圖3 水槽自吸泵供水系統(tǒng)

供水系統(tǒng)采用全線水槽加自吸泵的供水方式。在碼頭皮帶機棧橋南側(cè)電纜槽平臺外側(cè)布設(shè)1條東西向水槽，水槽全長234 m，寬度0.4 m，高度0.7 m，采用8 mm鋼板制作，水槽北側(cè)板靠上部全長開設(shè)供水口，供水口高度0.2 m，供水口處加裝防塵阻燃油布，長度234 m，寬度0.4 m。水槽最東側(cè)處進水，采用浮球液位開關(guān)加電磁閥自動控制進水。

拆除三期2臺卸船機料斗平臺層水纜卷盤設(shè)備，在原水纜卷盤西側(cè)平臺處各安裝1臺立式自吸泵，型號LZB65-B，流量40 t、揚程30 m，電動機功率11 kW，泵底材質(zhì)為304不銹鋼、厚12 mm，進水口通徑DN65，出水口通徑DN50，過流部分為耐磨、耐腐鋼，葉輪材質(zhì)為Cr30A。自吸泵入口管路上安裝1只DN65過濾閥和1只DN65膨脹節(jié)。泵吸水管從料斗平臺南側(cè)大梁內(nèi)側(cè)向下從水槽側(cè)面供水口處引入槽內(nèi)。泵出水管與料斗平臺南側(cè)現(xiàn)有水管相接，并在出水管上安裝1只壓力表。自吸泵啟停由PLC模塊根據(jù)料斗層水箱低、高水位反饋信號來控制，當料斗層水箱水位處于低水位時自吸泵工作，當水位上升至高水位時，自吸泵停止工作，實現(xiàn)向料斗層水箱自動供給水。

6 結(jié)束語

在長江經(jīng)濟帶大保護的背景下，隨著港口環(huán)境保護力度的加強，要求散貨裝卸作業(yè)碼頭必須具有安全可靠的環(huán)保設(shè)施，并且要求裝設(shè)粉塵在線檢測系統(tǒng)。從長遠看，水槽自吸泵供水系統(tǒng)，非常適應(yīng)環(huán)保的需求，不僅具有較高的環(huán)境效益，且具有很高的經(jīng)濟效益，節(jié)省了大量的檢修維護費用和船舶在港滯期費用。三期煤碼頭卸船機料斗抑塵噴淋供水系統(tǒng)自改造1 a以來，設(shè)備運行穩(wěn)定、高可靠性、高投用率，取得了滿意效果。由于自吸泵價格低廉，為保證卸船機噴淋供水100%可靠投用，可設(shè)置2臺自吸泵并聯(lián)接入供水系統(tǒng)，1用1備，切換使用。基于此，一期煤碼頭卸船機供水系統(tǒng)改造工作也將陸續(xù)開展實施。