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为了资源的有效利用和环境保护,供排水联合装置对含油污
水经过隔油办理,将污油收集进罐,再经过脱水办理后,将送到
炼油装置进行回炼。而炼油装置掺炼污油要求含固量低,含水量
最多不大于10%,一般要求在2%以下。可是,这些从污水中回收
的污油,含固体杂质和水分都很高。为认识决污油脱水的难题,
2009年,公司购买了一台意大利贝亚雷斯生产的*****S/M卧螺
离心计进行污油的固、水、油的三相分别,办理能力5M3/h。投
用后,大大提高了污油脱水、脱固的效率,油的含水率也能下降
到2%,含固率低于。但该设备运转一年后就出现差速器破坏、螺
旋磨损、机器振动大等问题,无法连续运转。所以,我们对其进
行了国产化改造,并获取了较好的收效。
离心计是利用离心力分别在液体中含有颗粒的液-固体的悬
浮液的设备。在外壳上装有两个转子,外转子是一个锥形起沉降
作用的转鼓,两端固定在空心转轴上,由右边的皮带轮带动旋转,
内转子为一个在空心轴上装有锥形叶片的螺旋推料器,它由左端
的差速器带动,旋转方向与转鼓同样,差速器为行星轮减速器,
它由外转子经过空心轴带动旋转,使螺旋推料器的转速比锥形转
鼓快6-11r/min,这个差值,平时称为差转速(转鼓转速为
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3400r/min左右)。差转速使螺旋推料器的螺旋叶片与转鼓内壁间有相对运动,所以螺旋推料器能够推送固体物料。当悬浮液从右端进料口连续加入时,由于转鼓辗转产生的离心力的作用下,物料齐聚在转鼓大端,形成一个沉降区。在沉降区里,悬浮液中的
固相物料受离心力的作用而沉降到转鼓内壁上,并被螺旋推料器
送到转鼓小端的干燥区,最后从卸渣口甩出,从而实现固-液分别。*****S/M卧螺离心计不但能实现固-液分别,还能够进行油-水分别,即三相分别。在它的锥形转鼓大端的端面上开有四个圆形口,凑近转鼓中心的两个口是出油口(油的密度比水小,在水上方),两个稍靠转鼓边的两个口是出水口。经过调治油相和水相
堰板的高度,能够使油和水分别从各自的溢出口溢出,这样就实现了固、油、水的三相分别。
,易进水而破坏
贝亚雷斯离心计是意大利生产的,技术较为先进,在石化系统我们是第一家使用。可是它的差速器在设计上也存在弊端。差速器与转鼓是由螺旋输送轴连为一体的,它们两腔之间只有一个密封分开。其一是这种结构,在检修转鼓或螺旋时,安装螺旋输
入轴特别困难,极易造成差速器与转鼓之间的密封安装不好造成
泄漏。其二是密封使用时间长了,密封会因自然磨损而泄漏。一
旦出现密封泄漏就会出现污水直接进入了差速器内,将润滑油严
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重污染,造成轴承、齿轮全部破坏的严重结果。
,易磨損
我们的污油是装置经含油下水道排放来的,油中夹带的固体
物质成分复杂,其中还含有大量的泥沙,在转鼓内聚积后硬度大,
螺旋长时间与这些泥沙摩擦,螺旋的磨损相当迅速。贝亚雷斯
*****S/M离心计转鼓和螺旋的资料都是316L不锈钢,有优异的
抗腐化性能,但硬度不太高(HB187),耐磨性不强。离心计投用
1年多,转鼓和螺旋的缝隙就由1mm扩大到了5mm,螺旋刮泥
收效变差,出泥不畅,机器转子不平衡,振动大,力矩增大,出
现经常停机。
投产一年后,离心计出现差速器破坏、螺旋磨损等故障后,
若是要买原装置件,不但时间长,花销高,而且它自己存在的缺
陷也不能够除掉,于是我们决定对其进行国产化改造。
离心计差速器是由两极行星齿轮系统组成,第一级为行星机
构,第二级为差动机构,齿形为渐开线形。其第一级与第二级均
有三个行星齿轮。一级输入轴(一级太阳轮),经过摇臂与力矩
保护装置相连接,一级输出轴与二级输入轴(二级太阳轮)经过
短齿渐开线花键联接为一体(我们称这一构件为小三星盘盖),
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二级输出轴(大三星盘盖),经过花键轴与内转子相连接。一、二
级内齿圈与差速器外壳通很短齿渐开线花键联系为一体,差速器外壳经过联系盘与转鼓相连接。
,选择合适的材
料
进口差速器的结构中一、二级内齿圈依靠加工过盈量将其镶
入差速器壳体内,再经过紧固销径向定位,防范内齿圈在壳体内转动。由于国内的加工水平与外国存在差距,为了较好地保证了加工和组装精度,我们将差速器外壳与内大、小内齿圈用同一资料整体加工,采用整体淬火的热办理方法。这样做也存在二者要求的性能不同样,资料又不能够差异,不便于选择差异性热办理方法,牺牲了部分齿轮性能。若是有一齿破坏,就会以致壳体报废,增加了运转成本。差速器是在高速、重载、不断承受冲击交变载
荷的恶劣工作条件下运转,故要求差速器的抗过载冲击及抗扭震性能要好。所以选择好合适的资料极为重要,兼顾二者机械性能要求,选择了有较高的蠕变强度和长远强度、韧性好、淬透性高、淬火变形小的42CrMo资料。表1为齿轮常用资料及机械性能比较。
为了保证新差速器能装置到原离心计的壳罩内,外形尺寸与
原装差速器应基本一致。针对安装尺寸,经过测量,对连接部位
和皮带轮重新加工,对接完好吻合要求。
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,提高传达扭矩
我们在设计上充分考虑差速器在实质使用中简单出现的故
障。进口离心计的一级行星机构中,齿轮模数是DP18比较小,
(公制模数=
==),要求资料的机械性能优异,加工精度高,机器
振动小。无论是操作不当也罢,还是维修不及时也罢,在实质应
用中,齿轮和齿圈磨损较快。鉴于国内的资料性能和机加工水平
比外国差的现实,要保证改造后的齿轮可靠性好,必定相应加大
齿轮模数。这样能够提高传动强度,使传达扭矩能力明显提高。
依照一般齿轮国产化的经验,我们确定一级齿轮模数
m=,20度压力角,硬度HRC50,二级齿轮采用模数
m=3mm,20度压力角,硬度HRC50。从而有效提高了国产齿轮
的强度,降低了齿轮被破坏的故障率。
一级太阳轮的m=,b=30mm,d1==13,Z2=57,
u=z2/z1=,ψ=b/d1,
依照齿面接触疲倦强度公式〔1〕,查表知:资料系数
ZE=,节点啮合系数ZH=,K=KAKVKβ=,其中,查表知:使用系数KA=,动载系数KV=1,载荷系数Kβ=,该齿轮的最大转矩
按公式计算出资料的接触疲倦强度极限σH=826,依照齿轮
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线速度、齿面光洁度等条件,查表得,ZN=1,ZR=1,Zv=1,
σ0H=1050MPa,取安全系数SH=,计算出
许用应力[σ]H=(σ0H/SH)ZNZRZv=1050/=954MPa
由于[σ]Hσ,H所以齿面接触疲倦强度足够。
查表知该资料的波折疲倦强度极限σ0F=500MPa,安全系数
SF=2,波折寿命系数YN=1,尺寸系数YX=1,计算出许用应力
[σ]F=σ0FYNYX/SF=250MPa
查表知,YF=,YS=,计算得:=〔1〕。,所以,波折疲倦强度校核合格。其他齿轮的校核方法一致,校核计算省略。
,防范污水串入差速器的润滑油
中
*****S/M卧螺离心计原装差速器二级输出轴采用输出花键
一体的整轴方式,密封由花键轴上的油封进行密封。改造中我们
采用输出轴分体式结构,即二级输出轴和花键轴分开,同样采用
花键连接。密封由二级输出轴外圆骨架油封外加了一个O型圈
密封。此结构,一方面保证在密封件破坏的情况下,不会出现物料直接倒灌进差速器污染润滑油,从而破坏差速器内部部件的情况发生。另一方面,由于增加了中间花键连接环节,能够使差速器-花键轴-螺旋之间有了缓冲缝隙。在螺旋推料过载的情况下,
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减小对差速器内部结构和零部件的冲击。
*****S/M卧螺离心计原装差速器一级行星减速齿轮轴瓦使
用的是滚针轴承。这种轴承的承载能力较小,一旦破坏滚针就会
卡在齿轮之间,引起齿轮破坏(我们就曾出现过这样的情况)。国内无法生产同质同型号的产品,一旦发生故障,短时间难以采买到位。所以我们将其改成国产的浸锑石墨滑动轴承。此资料耐磨性强,高速运转温升低,适用于高速、磨损厉害、润滑条件差
的工作环境,抗载能力明显提高,而且在齿轮破坏的情况下不会对其他部件产生破坏性影响。
改造后的齿轮尺寸比原差速器使用齿轮尺寸要大,主若是考虑国内钢材质量相对外国的会有差异,为保证齿轮运转强度,将尺寸放大。由此就以致了差速器速比数据跟原差速器有差异。
*****S/M离心计原装差速器速比为146,改造后的差速器速比为
57。要保持原来的差转数,可采用两种措施,一是改变副电机与
输入轴皮带轮的大小,保持电机转速不变,从而改变输入轴的转
速。二是经过改变电机频率,调治副电机输出转速,改变输入轴
的轉速,来保持原来的差转数。因改变皮带轮的大小,会增大副
电机的力矩,需要改变原转矩控制逻辑,不好实现,且改变外形
尺寸后,原来的保护罩也安装不上。若是采用调治副电机(输入
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电机)转速的方法,就要计算输入电机在极限转速下能否达到要
求的差转速。差速公式:D(r)=(T-C)/transmissionratio,其
中:
T---转鼓转速
C---螺旋转速
D(r)---差速
transmissionratio---齿轮传动比
在转鼓转速3400r/min不变时,(T-C)/2(副电机转速)在
极限值1450r/min以内时,差速能够在6-50r/min之间,原来的差速是6-60r/min之间。且离心计在运转时的实质差速控制在8-11r/min左右,所以,采用调治副电机(输入电机)转速的方法
完好可行。
用户早先经过控制面板输入设定的差速和转矩值。转矩(百分比)来自控制螺旋电机的变频器。差速则来自设备的凑近开关。
差速和转矩控制以下:
COact<co1当过程值coact小于co1,差速值保持为恒定
值;></co1当过程值coact小于co1,差速值保持为恒定值;>
CO1<coact><co2,当过程值coact介于co1-co2之间,
pid来控制差速,使之介于dn0-dn1;></co2,当过程值coact
介于co1-co2之间,pid来控制差速,使之介于dn0-dn1;>
</coact>
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CO2<coact><co3,当过程值coact介于co2-co3,pid
控制差速介于dn1-dn2之间;></co3,当过程值coact介于co2-
co3,pid控制差速介于dn1-dn2之间;></coact>
CO3<coact><co4,当当过程值coact介于co3-co4,差速恒定于dn2,而且进料泵停止运转;></co4,当当过程值coact
介于co3-co4,差速恒定于dn2,而且进料泵停止运转;>
</coact>
COactCO4当过程值COact大于CO4,则离心计停止运转;
2〕
改造后的差速器结构如图1所示。
原来的螺旋资料是316,因该资料太软,其机械性能为:抗
拉强度σb:≥480(MPa),≥177(MPa),
硬度:≤28HRC。运转一年就磨损严重,螺旋与转鼓缝隙达到了5mm(国标1mm)。此问题是以致推料不畅,转矩过大,停机频频的主要原因。针对这个问题,我们采用了国内比较成功的技术,加大螺旋摩擦面资料的硬度。可供选择的方案有两个,一个是在螺旋上镶嵌异形陶瓷片。该方案最大的优点是硬度高,耐磨性强,最大的弊端是易破碎。一旦发生连接螺钉零散或陶瓷片破碎,就会严重破坏转鼓内表面,甚至以致机器全面损毁。另一种方案是在螺旋先堆焊办理,使缝隙减小到赞同值,再在表面喷涂薄薄的
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硬质合金层(在转鼓筋条上也做同样办理)的方法,再在转鼓内
镶嵌的不锈钢筋条上也做同样办理,以提高其耐磨性,从而保护
转鼓不被磨损。
经过对离心计差速器和螺旋等部件进行技术改造,从结构设
计上比进口差速器简单、紧凑,大大改进了加工工艺性能,而且
标准化程度大大提高,齿轮的模数、轴承、骨架油封、螺栓等均
采用公制标准系列,这样易于生产和加工,更易于保证零部件的
加工和采买,同时拆装检修方便,承载能力大,均载收效好。经
过一年多的运转检验,证明改造达到了机器运转平稳,运转温度
低,噪音小,离心计长周期牢固运转的目的。
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