JSW型擠壓造粒機組SAFESET安全聯(lián)軸器打滑原因分析及改進

， ， ， ， (.中國石化 鎮(zhèn)海煉化分公司， 浙江 寧波 500；.天化工機械及自動化研究設計院有限公司， 甘肅 蘭州 70060；.中國石油 蘭州石油化工公司， 甘肅 蘭州 70060)

JSW型擠壓造粒機組SAFESET安全聯(lián)軸器打滑原因分析及改進

許傲楠1，周濤2，華強1，湯衢明1，王喆3
(1.中國石化 鎮(zhèn)海煉化分公司， 浙江 寧波 315200；2.天華化工機械及自動化研究設計院有限公司， 甘肅 蘭州 730060；3.中國石油 蘭州石油化工公司， 甘肅 蘭州 730060)

針對JSW型擠壓造粒機組SAFESET安全聯(lián)軸器出現(xiàn)的打滑失效故障，根據(jù)聯(lián)軸器的工作原理、結(jié)構(gòu)特點，從材質(zhì)金相組織、焊接質(zhì)量、結(jié)構(gòu)形式等方面對故障原因進行了排查分析，認為聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)套液壓油腔焊縫局部存在的未熔透缺陷最終發(fā)展成為延伸至聯(lián)結(jié)套內(nèi)壁的裂紋，從而引起漏油泄壓，導致安全聯(lián)軸器打滑失效。結(jié)合安全聯(lián)軸器在擠壓造粒機正常工況下存在的問題，提出了改進焊接工藝及選用新型聯(lián)軸器的措施。

擠壓造粒機組； 安全聯(lián)軸器； 故障原因； 改進措施

中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司30萬t/a聚丙烯裝置配套的JSW型擠壓造粒機組為同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿混煉擠壓造粒機組，設計產(chǎn)能49 t/h。樹脂在螺桿的剪切及加熱器作用下熔融，此過程的溫度一般控制在250 ℃左右，熔融樹脂經(jīng)過濾網(wǎng)去除雜質(zhì)之后從模板擠出，由水下切粒機切刀將其切斷，并在切粒水的作用下快速冷卻成球型顆粒，然后經(jīng)切粒水流帶走，通過離心干燥機干燥之后由振動篩篩分出顆粒符合要求的成品粒料[1]。JSW型擠壓造粒機組中SAFESET安全聯(lián)軸器的作用是限制扭矩，即在過載扭矩下發(fā)出信號及時聯(lián)鎖停車，為機組的傳動系統(tǒng)提供安全保障[2]。然而，自2016-10以來，該聯(lián)軸器經(jīng)常發(fā)生突然打滑故障，造成機組停機，給生產(chǎn)裝置帶來了巨大風險。文中對聯(lián)軸器打滑故障原因進行分析，并且提出了相應的改進措施。

1 SAFESET安全聯(lián)軸器工作原理

SAFESET安全聯(lián)軸器三維結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。在對樹脂進行混煉的過程中，擠壓造粒機組主電機可傳遞較大扭矩，當機組過載時，SAFESET安全聯(lián)軸器會產(chǎn)生打滑，從而切斷主電機到主減速箱的扭矩傳遞，起到保護設備的作用[3]。SAFESET安全聯(lián)軸器核心部件由聯(lián)結(jié)套、剪切環(huán)、剪切管組成。在聯(lián)結(jié)套中間注入一定量的液壓油后擴張，內(nèi)層套筒向內(nèi)壓縮，依靠摩擦力同軸抱緊[4]。聯(lián)結(jié)套傳遞的扭矩與油壓成正比，當所傳遞的扭矩超過預先確定的扭矩值時，聯(lián)軸器在軸上打滑，剪切管被剪斷，壓腔內(nèi)部液壓油壓力在較短時間內(nèi)泄壓[5]。該聯(lián)軸器的滑動力矩不受材料疲勞的影響，保持恒定。聯(lián)軸器過載后，只需更換剪切管并重新注油就可在很短的時間內(nèi)恢復工作[6]。

圖1 SAFESET安全聯(lián)軸器三維結(jié)構(gòu)簡圖

2 SAFESET安全聯(lián)軸器打滑故障原因分析

2.1 故障原因排除

2016-10-28，擠壓造粒機組突然出現(xiàn)安全聯(lián)軸器滑移報警并觸發(fā)聯(lián)鎖動作停機。因該安全聯(lián)軸器是為防止過載所設置，因此先分析其相關(guān)運行參數(shù)，未發(fā)現(xiàn)故障停機前機組運行異常，排除了機組過載的可能性。

現(xiàn)場對安全聯(lián)軸器本體進行檢查，發(fā)現(xiàn)安全聯(lián)軸器剪切管被剪斷，聯(lián)結(jié)套中的液壓油全部流出，說明安全聯(lián)軸器在運轉(zhuǎn)過程中確實出現(xiàn)了打滑。通過分析以往停機檢查情況，排除了原始安裝不到位和油壓設定不足的可能性。

為了進一步查找聯(lián)軸器打滑故障原因，按聯(lián)軸器維護規(guī)程，更換了新的剪切管，重新注入液壓油打壓至設定值70 MPa并短時保壓，檢查、確認潤滑油油量處于正常狀態(tài)后將安全聯(lián)軸器復位并投運。啟動擠壓機后，立刻再次出現(xiàn)安全聯(lián)軸器打滑、剪切管被剪斷的情況。對電機進行檢查，發(fā)現(xiàn)其運行過程平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)過載情況，也沒有其他報警。由于這次投用是在確認油壓和潤滑油等相關(guān)要素符合使用要求的情況下進行的，故可排除原始設置、維護不當引起故障的可能性。為此，再次更換剪切管，并重新注入液壓油進行打壓，這次打壓至50.0 MPa后升壓困難，并且壓力無法保持，一旦停止打壓，壓力隨即逐漸降低至30.0 MPa左右，此現(xiàn)象表明聯(lián)軸器出現(xiàn)了異常。將聯(lián)軸器從設備中拆下靜態(tài)檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，隨后注入液壓油打壓檢查，當壓力升高至50.0 MPa以上時，液壓油腔位于軸側(cè)端面附近有液壓油漏出，電機側(cè)則沒有泄漏等異常情況?？梢耘袛啵踩?lián)軸器本身存在缺陷，聯(lián)結(jié)套中的液壓油腔出現(xiàn)泄漏造成安全聯(lián)軸器在運行過程中打滑失效[7]。

2.2 缺陷性質(zhì)確認

2.2.1磁粉檢測和滲透檢測

對出現(xiàn)泄漏的聯(lián)結(jié)套進行磁粉檢測，在其電機側(cè)端面附近的內(nèi)摩擦面處堆積產(chǎn)生磁痕跡，顯示此處存在裂紋。之后進行滲透檢測，發(fā)現(xiàn)在同一部位存在裂紋，其他部位未見異常[8]。

2.2.2壓力測試和超聲檢測

對聯(lián)結(jié)套進行壓力測試，當壓力升至10 MPa時，發(fā)現(xiàn)液壓油從磁粉檢測和滲透檢測顯示的裂紋處往外泄漏，其他部位正常。

采用超聲檢測進一步查找聯(lián)結(jié)套液壓腔附近區(qū)域的缺陷，發(fā)現(xiàn)缺陷回聲顯示的位置與壓力測試漏油點的位置相同，而其他部位未見明顯缺陷[9-14]。

2.2.3切割檢測

為進一步明確聯(lián)結(jié)套液壓油腔焊縫出現(xiàn)裂紋的原因，對該聯(lián)結(jié)套缺陷部位進行切割檢測。從圖2所示聯(lián)結(jié)套漏油區(qū)域的橫斷面中可以清晰看出，引起漏油的裂紋從聯(lián)結(jié)套軸側(cè)液壓油腔焊縫部位發(fā)展，延伸至聯(lián)結(jié)套內(nèi)表面[15]。

圖2 SAFESET聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)套漏油區(qū)域

對漏油點所在位置橫斷面A-A進行切割處理，各切面焊縫情況見圖3。

圖3 漏油點橫斷面A-A各切面焊縫情況

觀察圖3發(fā)現(xiàn)A-1切面上該部位焊縫有未焊透缺陷，而A-2和A-3切面處的焊縫正常完好。可以推斷，A-1切面處未焊透缺陷是產(chǎn)生裂紋的起始點，該缺陷形成裂紋，并逐漸沿著軸向45°方向擴展至A-2和A-3切面所在的漏油區(qū)域。

在漏油點所在位置橫斷面的A-1切面裂紋周邊選取5個點(圖4)進行金相組織分析，結(jié)果見圖5～圖11。

圖4 A-1切面取樣點

從圖5～圖11所示的A-1切面不同點的金相組織可以看出，裂紋周邊金屬晶體結(jié)構(gòu)正常，未發(fā)現(xiàn)異常，進一步證明A-1切面處的裂紋是導致聯(lián)軸器打滑失效的根源[16]。

圖5 A-1切面點①金相組織

圖6 A-1切面點②金相組織

圖7 A-1切面點③金相組織

圖8 A-1切面點④金相組織(25×)

圖9 A-1切面點④金相組織(250×)

圖10 A-1切面點⑤金相組織

圖11 A-1切面點⑥金相組織(25×)

上述各圖顯示的多種檢測結(jié)果均表明，該SAFESET安全聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)套液壓油腔的焊縫局部存在未熔透現(xiàn)象，特別是在漏油區(qū)域發(fā)現(xiàn)了明顯的未熔透之處，且與引起泄漏的裂紋連在一起，因此可以推斷，正是此處焊接未熔透缺陷最終發(fā)展成為延伸至聯(lián)結(jié)套內(nèi)壁的裂紋，從而引起漏油，導致SAFESET安全聯(lián)軸器打滑失效[17]。

3 改進措施

3.1 改進焊接工藝

缺陷檢測的結(jié)果表明，本次SAFESET安全聯(lián)軸器故障缺陷的起始點為安全聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)套液壓腔焊縫存在的未熔透缺陷。因此，必須從源頭消除可能產(chǎn)生故障的原因，改進焊接工藝，同時提高焊縫質(zhì)量檢驗標準。

對所有焊接接頭，必須按照GB/T 985.1—2008《氣焊、焊條電弧焊、氣體保護焊和高能束焊接的推薦坡口》[18]中能更保證全焊透的工藝進行操作，優(yōu)化焊接工藝數(shù)據(jù)，氬弧焊打底，然后進行焊接。焊接時的焊接電流為110～130 A、焊接電壓23 V、焊接速度為10～14 mm/min，以提高焊接熔透率，確保全熔透。

同時，按照NB/T 47013.1～47013.6—2015《承壓設備無損檢測》[19]中的相關(guān)要求對焊縫進行全面的無損檢測，所有焊縫必須進行100%射線檢測，Ⅰ級合格，以確保焊縫整體質(zhì)量[20]。

3.2 改進結(jié)構(gòu)形式

原SAFESET型安全聯(lián)軸器為SRP型，其結(jié)構(gòu)見圖12。

圖12 改進前SRP型安全聯(lián)軸器簡圖

改進前的安全聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)套液壓部分與連接法蘭為一體式結(jié)構(gòu)。在運轉(zhuǎn)過程中，傳遞扭矩的扭力作用在液壓腔部分，焊縫部位所承受的扭矩方向如圖12中箭頭所示。在這種交變扭力作用下，焊縫未熔透處逐漸擴展出裂紋并且延伸至表面，穿透液壓腔引起漏油[21]。

在不影響安全聯(lián)軸器本身性能和裝配尺寸的情況下對其結(jié)構(gòu)形式進行改進，新型聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)見圖13。

改進后的聯(lián)軸器為SRA型，其液壓腔為獨立部件，只承擔徑向壓力，通過液壓油的壓力，在一定扭矩范圍內(nèi)將聯(lián)軸器兩側(cè)聯(lián)結(jié)在一起，液壓腔及其焊縫均不傳遞扭矩，從而可以防止焊縫等部位產(chǎn)生裂紋。新型聯(lián)軸器的直徑、軸向長度等裝備尺寸與原型號保持一致，可以確保新型聯(lián)軸器與原聯(lián)軸器在機組上直接替換[22]。

圖13 改進后SRA型安全聯(lián)軸器簡圖

4 結(jié)語

原SAFESET安全聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)形式，使得提供摩擦力液壓油腔焊縫承擔了交變載荷的扭矩。此外，聯(lián)軸器制造中容易產(chǎn)生較難發(fā)現(xiàn)的焊接缺陷，在交變載荷的作用下，此缺陷逐漸發(fā)展成貫穿性裂紋引起漏油，導致安全聯(lián)軸器打滑。通過改進焊接工藝，選用更加符合此工況的新型聯(lián)軸器可以解決聯(lián)軸器打滑失效的問題。

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SlidingFailureCauseAnalysisandImprovementoftheSAFESETCouplinginJSWSqueezeGranulator

XUAo-nan1，ZHOUTao2，HUAQiang1，TANGQu-ming1，WANGZhe3
(1.SINOPEC Zhenhai Refining & Chemical Company， Ningbo 315200， China；2.Tianhua Institute of Chemical Machinery & Automation Co. Ltd.， Lanzhou 730060， China；3.CNPC Lanzhou Petro-chemical Industry Company， Lanzhou 730060， China)

In allusion to the sliding failure of the SAFESET coupling used for the JSW squeeze granulator, and according to the working principle and structural characteristics of the coupling, the cause is analyzed from aspects of material metallurgical structure, welding quality, and structure form and so on, and is proved to be a result of the chain reaction of the original local non-penetration weld defect of hydraulic oil chamber for coupling sleeve, the eventually formed crack expanding to the coupling sleeve inner wall, oil leakage and pressure relief in turn. Measures such as improving the welding process and selecting new type of coupling are proposed with the combined consideration of squeeze granular coupling failures under normal working conditions.

squeeze granulator； safety coupling； failure causes； improvement measure

1000-7466(2017)06-0073-06

2017-06-20

許傲楠(1981-)，男，江西九江人，工程師，學士，從事聚烯烴裝置設備管理工作。

TG375

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.06.014

(張編)