粉煤灰输送系统F-K螺旋泵轴头叶片的改进
2021-07-19姜卫东1 张立国2
（1.台泥(句容)水泥有限公司；2.中材建设有限公司）
引言
粉煤灰作为混合材添加到水泥中，添加量一般能达到20％～35％，可以节省生产成本15％～25％左右。2003年，JR公司配置了粉煤灰添加系统，主机设备选用F-K螺旋泵。投产后，粉煤灰添加系统故障较多，F-K螺旋泵头部叶片寿命较短。本文仅介绍螺旋泵轴头叶片的改进。
01 基本情况
在水泥磨系统粉煤灰添加单元，JR公司使用F-K螺旋泵三台(套)，FB300型1台，FB250型2台(见表1、图1)。根据添加设备位置和实际用量，这三台F-K螺旋泵分别将粉煤灰输送到磨头仓、选粉机等添加点。
表1 F-K螺旋泵的配置参数
图1 待出厂的F-K螺旋泵
02 存在的问题
F-K螺旋泵在输送煤粉的过程中，常见的问题有轴密封、轴头部叶片、壳体等的磨损。磨损严重时，F-K螺旋泵系统的输送能力会急剧下降，同时也带来一系列的设备故障和操作问题。
(1)轴密封的磨损：橡胶密封唇口磨损和轴密封表面呈现一道道沟槽，是轴密封磨损的主要表现。轴密封磨损后，轴承内部易进灰，会导致电机电流过载、螺旋轴无法运转等情况。
(2)轴头叶片的磨损：螺旋轴的头部叶片主要是从头部开始到第五个螺距的叶片磨损。
(3)螺旋轴壳体内筒衬板磨损，会导致内部螺旋轴叶片与壳体内部的间隙过大，导致串风，影响泵的输送能力。
(4)轴承故障有：轴承间隙过大、轴承损坏散架、轴承抱死、轴的镀铜层脱落等情况。
(5)轴叶片与螺旋轴内筒卡阻：粉煤灰中的金属物件及其他异物会导致轴叶片与螺旋轴内筒卡阻，使得出料不畅，致使电机负荷过大，造成电机电流过大或者电机烧毁的情况。
(6)尾部轴头沿直径方向被气封冲刷磨损性切割约2/3。这种现象是生产操作维护造成的。F-K螺旋泵停机后，必须停止轴承密封位置密封用的压缩空气，否则带有少量灰尘的密封压缩空气长期冲刷螺旋轴密封位置，形成“滴水穿石”的效果，导致螺旋轴沿直径方向被切割，导致螺旋轴整体报废。
各类故障对F-K螺旋泵设备影响程度分析见表2。
表2 F-K螺旋泵设备各类故障季度统计和影响程度分类
根据表2，并结合现场情况，笔者认为螺旋轴密封位置磨损、内筒衬板磨损、螺旋轴轴承故障原因与轴头叶片磨损有关，也就是说叶片引起的故障比例占故障率的87％，螺旋轴头叶片磨损是设备的主要问题。
03 螺旋泵故障处理检查过程和情况问题分析
JR公司F-K螺旋泵正常输送量为50～60t/h，当输送量不足时．被迫停机检查和维护。
(1)F-K螺旋泵轴密封圈唇口磨损，灰尘的进入，螺旋轴长时间运转，密封圈唇口高速旋转，灰尘颗粒摩擦轴表面等，从而导致密封位置磨损。
(2)当F-K螺旋泵输送量累计达到5000～6000t时，轴头叶片部磨损量约为叶片高度的60％～90％，长度为300～450mm，这时螺旋泵输送能力会急剧降低，甚至无法粉输送煤灰。
(3)当粉煤灰化学成分变化时，螺旋轴头部叶片的磨损速度也会发生变化。当粉煤灰在SiO2、Al2O3等硬质物料含量相对较高时，螺旋轴头部叶片磨损会加快，使用时间缩短，总的输送量减少。
(4)粉煤灰的细度对F-K螺旋泵轴头部叶片的磨损快慢也有一定影响。一般情况下，粉煤灰细度越高，粉煤灰颗粒在泵内部的流动速度越大，粉煤灰颗粒具有的冲刷动能加大，从而加快轴头部叶片的磨损。
04 解决方法
(1)采用硬质合金YT块保护叶片。针对F-K螺旋泵轴头部叶片的磨损，我们选择了三种方法：高硬度堆焊焊材TD65、增加预磨损堆焊+棱条TD65、粘贴硬质合金YT块，其效果见表3。
表3 采用硬质合金YT块保护叶片的效果
(2)改变F-K螺旋泵轴头叶片的节距。螺旋泵输送粉煤灰的原理是：轴头部叶片高速运转，将粉煤灰挤压成料饼，料饼进入输送腔，由压缩空气送走。轴头部叶片节距越小，挤压的料饼对轴头部叶片的压力增大，螺旋轴叶片的磨损加重，总输送产量降低。根据这一原理，我们试验性地调整了螺旋轴头部叶片的节距，实验结果见表4。
表4 改变F-K螺旋泵轴头叶片节距的实验结果
(3)Z佳解决方案的确定。尽管螺旋轴轴头部叶片采用硬质合金能具有较长的使用寿命，但造价较高，维修相对复杂，从维修便捷和经济性(见表5)考虑，笔者认为Z佳方案为：调整螺旋轴头部叶片螺旋节距与堆焊+堆焊棱条相结合。
表5 螺旋轴轴头部叶片维护维修方法的经济性比较
05 寻找天空中Z亮的星
输送粉煤灰的F-K螺旋泵，维护中常见螺旋轴密封位置磨损、内筒衬板磨损、螺旋轴轴承故障等现象，多与轴头叶片磨损有关。统计发现叶片引起的故障比例占F-K螺旋泵故障的87％。灰尘颗粒的进入、轴头叶片的耐磨性能、粉煤灰的化学成分以及细度影响着轴头叶片的使用寿命。在寻找解决办法的过程中，我们摸索出Z经济的轴头叶片维护维修办法：
(1)调整螺旋轴头部叶片螺旋节距，以20mm为Z佳。
(2)采用堆焊+堆焊棱条维修，既便捷，又经济。
另外在维修螺旋轴时，我们调整F-K螺旋泵轴尾部反向叶片的螺旋节距，减轻尾部轴承密封受粉煤灰料饼的挤压和侵入，降低尾部密封的损坏频率，在生产应用中也起到一定的辅助作用。
来源：《新世纪水泥导报》2020年09月20日
