圆筒洗石机设备缺陷和改造方案

齐 涛　刘 镇

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：在喀斯特地貌地区进行砂石料开采加工，洗石机洗泥的工艺已得到了广泛应用。本文介绍了大法坪砂石加工系统圆筒洗石机的运行、缺陷、改造情况。对相关设备生产厂家及运行单位能提供一些借鉴。

关键词：龙滩水电站　大法坪砂石加工系统　圆筒洗石机　应用　消缺　改造

1 工程概况

大法坪砂石加工系统 （以下简称加工系统） 位于广西天峨龙滩电站右岸坝址下游4.5km处，主要供应龙滩水电站土建Ⅲ标 （大坝、围堰工程） 混凝土的用料。实施高程375方案时，加工系统主要设备 （破碎、筛分设备） 暂按混凝土高峰时段浇筑强度25万m3/月进行配置，加工系统设计按两班制生产，处理能力为2000t/h，设计生产能力为1600t/h。实施高程400方案时，增加混凝土浇筑量158万m3（需增加生产粗骨料230万t，细骨料120万t），加工系统主要设备 （破碎、筛分设备） 按混凝土高峰时段浇筑强度30万m3/月进行配置，加工系统设计按两班制生产，处理能力为2500t/h，设计生产能力为2000t/h。加工系统以生产三级配碾压混凝土用骨料为主，同时也能生产四级配常规混凝土用骨料。

洗石工艺简介

半成品料经过筛分机分级后，大于80mm的石料直接进入中碎料仓进行二次破碎，小于等于80mm的石料，根据采场料源情况 （石料含泥量多少） 可进入圆筒洗石机洗泥，经洗泥后进入第二筛分车间，也可直接进入第二筛分车间直接筛分清洗。

2 洗石机选型及应用情况

2.1 概况

大法坪砂石加工系统选用的圆筒洗石机，为美国ASTEC·TELSMITH公司产品，其型号为：Super－Scrubber120″×24'6″。

2.2 技术参数

清洗滚筒：结构尺寸3048mm×7455mm （Φ×L）；

生产能力：≥450t/h；

圆筒转速：15rpm；

电机功率：2×250HP/185kw；

用水量：约8～11m3/min·台；

洗涤模式：逆流式 （卸料端）；

驱动形式：双电机双链条传动。

2.3 工作原理

含有泥团和石屑 （石粉） 的石料从进料口给入，进入旋转的清洗滚筒后，被清洗滚筒内安装成一定角度的硬质耐磨橡胶衬板不断带起再抛下，从给料端到卸料端移动过程中周而往复多次，并被逆向的水流不断冲刷洗涤，清洗干净的石料经过卸料端筒筛筛分脱水后排出。含有污泥的废水则通过给料端的带孔挡板流出，完成一个工作循环过程。

2.4 使用性能及效果

由于该设备的清洗滚筒长达7455mm，石料在筒内能得到长的洗涤时间，因此清洗效果较佳。抽样检验结果表明，圆筒洗石机进行满负荷运行时，单台生产能力为400～500t/h，经圆筒洗石机洗涤脱水后，石料的含泥量低于0.5%，含水量低于2%。

在料源含泥量相对等同和确保成品骨料质量的前提下，启用或停用圆筒洗石机，对加工系统的生产能力、用水量及细砂 （石粉） 流失量有较大影响 （以启用洗石机时的基数为1进行比较）。具体见表1。

表1

2.5 设备缺陷

龙滩水电站大法坪砂石加工系统，是国内采用洗石工艺正在运行的特大型加工系统，要求设备产能高 （大于450t/h. 台），清洗效果好。目前国内外具备生产这种高能效洗石机的厂家不多，参与本次加工系统竞标的，仅美国ASTEC·TELSMITH公司一家生产商，通过合同谈判，选用了该公司的产品。中标此类大型圆筒洗石机 （该驱动形式的），也是该公司为了满足加工系统生产能力而推出的新产品，在国内外尚属首次应用。因此，在加工系统的实际使用过程中，洗石机出现了很多缺陷。其主要表现为：

①筒体托轮及钢圈 （筒体滚道） 位移 （窜动）；

②圆筒洗石机出现启动困难现象；

③整机振动过大 （噪声大）、驱动链条爬齿、驱动装置 （滑架、螺栓等） 损坏等。

3 产生缺陷的原因及改造 (或处理) 方法

3.1 托轮、钢圈 (筒体滚道) 轴向窜动产生的原因及改造 (或处理) 方法

如图1所示。

图1 圆筒洗石机机架、驱动装置、托轮组示意图

3.1.1 产生的原因

圆筒洗石机筒体依靠四个托轮作支承 （如图1所示），设备在运行时，筒体呈浮动状态，随着石料在筒体内的运动，筒体可沿筒体轴心线方向作前后窜动，即筒体在运转过程中存在一定的轴向力 （主要受给料端石料冲击力水平分力的作用）。由于托轮的受力方向和钢圈 （滚道） 受力方向正好相反 （作用力与反作用力），在此摩擦轴向力的作用下，托轮轮毂与轴之间，钢圈与筒体之间，因过盈量偏小而产生了轴向窜动 （其轮毂与轴之间最大窜动量为60mm，钢圈与筒体之间最大窜动量达55mm），已严重影响筒体的承载受力和正常运转。

3.1.2 托轮组窜动处理方法

托轮轮毂与轴之间产生位移后，原托轮组已不能再继续使用。只有采取修复旧托轮组或重新设计加工并安装新托轮组加以解决。考虑到旧托轮组拆卸修复时间过长，和加工系统运行的连续性，即选择了加工新托轮组。新托轮组又考虑其采用三种结构形式，即：托轮轮毂与轴整体锻压加工成型；托轮轮毂与轴加工后，采用“红套法”或“冷冻法”装配成型；托轮轮毂与轴适当增大过盈量和加装“涨圈”成型等。在综合考虑了部件加工周期、加工工艺手段、装配难易程度等各方面因素后，决定采用适当增加轮毂与轴之间配合过盈量，并在轮毂与轴间增设一套“Ringfeder”环形锁紧装置来加大锁紧力的解决方法，以有效防止轮毂在轴上的窜动 （如图2所示）。与此同时，再调整筒体两端的限位挡轮，将其浮动窜动间隙控制在8mm以内，使问题得到了最终解决。

图2 新加工托轮示意图

1-轴 2-轮毂 3-环形锁紧装置

3.1.3 钢圈 (滚道) 的处理方法

钢圈与筒体之间的窜动，采取重新加工钢圈，增大钢圈与筒体之间过盈量的方法，从理论上分析，其方案是可行的。但由于筒体质量重、体积大 （直径大）；钢圈重新制造其工艺要求高、尺寸公差难以把握、受运输和天气干扰以及现场安装难度大等诸多因素影响，实现起来较为困难。为此，采用逆向调整托轮组位置，增加托轮组对钢圈的轴向作用力，并空载运行，通过托轮组对钢圈产生的推力，将钢圈恢复调整到初始位置，然后在钢圈与筒体之间沿径向方向，每间隔90度安装一直径为φ30mm的定位销，同时在钢圈沿筒体圆周位置焊接24块厚度为δ=20mm的限位挡板，以有效防止钢圈再次轴向窜动。(www.xing528.com)

3.2 启动困难的原因及处理方法

3.2.1 成因

引起启动困难的主要原因是圆筒洗石机停止运转时，筒体内积料过多板结和筒体转速无法无级调速造成的。当停机时间较长时，骨料在筒体内产生了板结，其板结的石料黏附于筒体上不易流动而形成较大了的偏心距 （增大了启动力矩），极大地增加了启动载荷，因而造成洗石机启动困难。

3.2.2 解决方法

圆筒洗石机停机时，应先停止给料，并继续保持正常供水量，再持续运转15～20分钟，直至将筒体内的石料排至最小限度以及筒体内石料石粉及污泥清洗洁净为止，使之不易产生石料板结，从而给下次启动带来方便。

3.2.3 其他

由于圆筒洗石机在设计制造过程中，未采用筒体转速无级可调装置，属于先天性的缺陷，考虑到改造成本和周期等问题。因此，本次消缺未作处理。

3.3 整机振动过大、链条爬齿及驱动装置损坏，其产生的原因及解决办法

3.3.1 产生整机振动过大的原因

圆筒洗石机的动力由两台185kw四级电动机提供，驱动方式为双链条驱动。即每台电动机通过一台带磁力耦合装置的减速箱带动链轮，再由链轮驱动单一的链条实现传动，形成两个独立的驱动单元。由于洗石机的两台驱动装置、筒体及托轮全部集中安装在一个整体的钢结构机架上，而钢结构不但不能有效地吸振和分散振动力，反而会产生振动叠加状况。因此导致洗石机整机和基础均有振动现象，致使地脚螺栓松动和快速链条非正常磨损。地脚螺栓的松动和链条的异常磨损又加剧了振动和噪音的产生，形成了恶性循环。

3.3.2 整机振动过大的解决办法

机器振动过大，并有异常噪音，其驱动装置是主要的振动源之一。为了减少振动和噪音，将设备驱动装置的基础作了如下改造：

①将电动机和减速机底座从整机钢结构上分离开来，采用独立的混凝土基础，消除最大的振动源并有效避免了共振现象的产生。

②在混凝土的基础上安装铸铁滑架，以保证链条张紧度的可调性，同时滑架铸造件具有吸振性的特点，有效地消除了振动和噪音。

③为保证钢筋混凝土梁的强度，在圆筒洗石机混凝土梁下设置钢筋混凝土立柱，有效传导振动力。

④为保证新混凝土梁与原有楼体基础有较好的整体性，在原钢结构梁机座混凝土下钻打深度为500mm，φ24mm的锚筋孔，增设φ22mm的锚筋，与原楼体钢筋连接后，再与现浇混凝土梁连接。锚筋及混凝土基础形式如图3所示。

⑤圆筒洗石机洗砂机侧原混凝土侧墙布置深度为500mm，φ24mm的锚筋孔，增设φ22mm的钢筋进行连接，先浇筑混凝土立柱，后浇筑混凝土梁。

实施上述方案后，圆筒洗石机的异常振动和噪声得到了很好的改善。

3.3.3 链条爬齿及驱动装置损坏

原设计的驱动链条为重型弯板滚子链，采用油浴式润滑，但因露天作业不具备使用条件，后设计改为滴油式润滑。但链条经解体后发现销轴和内套无润滑油进入，缺少润滑，链条始终处于干摩擦工作状态，加剧了链条的磨损速度；再者，链条结构本身设计不够合理，销轴和内套的间隙较大，其实测间隙值为0.5mm （我国标准规定间隙值为0.1～0.15mm）；另外，链条弹簧张紧装置设计安装的方式不合理，链条张紧度失去了自动补偿功能等。这些因素的综合作用，致使链条节距过快变长、链条松弛，从而产生了链条爬齿或跳链现象。由此又引起了驱动装置 （滑架、紧固螺栓等变形、断裂） 损坏的连锁反应。

图3 圆筒洗石机改造前后示意图

此外，由于圆筒洗石机采用了双链条驱动，即两副链条分别单独由两台电动机驱动，受到链条加工精度的影响 （特别是筒体链轮较大，分段加工、组装等积累误差的影响），同时又受到不均匀进料的干扰。因此，洗石机在运转时，产生了两副链条各自受力不均匀且不同步的现象，链条也承受了较大的交变负荷。其在洗石机运行中，一台电机电流升高时，则另一台电机电流下降，说明了电机正在交替工作状态，即出现了单机出力的工况。而出现单机工作工况时，由于载荷重，稍有意外即会产生瞬间拉坏驱动装置 （滑架、螺栓等） 的状况，但就此种驱动方式而言，还无法从根本上加以解决。

3.3.4 链条爬齿及驱动装置损坏的处理

链条的非正常磨损，是引起链条爬齿和驱动装置损坏的主要原因之一，而缺乏有效的润滑和适当自动补偿又是链条的非正常磨损的重要原因。为减少链条的非正常磨损，对原链条及链条张紧装置作了如下改进处理：

①重新设计改进链条结构，增加链条销轴与套之间的润滑。即：在销轴受力表面开制“一字形”油槽，再增加销轴中心润滑油孔，配置润滑油嘴等，通过人工定时加注润滑脂，来改善销轴与内套的润滑状况。同时，还保留原有的滴油润滑装置，对其链板节点部位实施润滑。

②定时检查链条垂度。必要时对驱动链条垂度进行适当调整 （其受力边调整垂度为0.002～0.004a；松边调整垂度为0.01～0.02a。注：a为主、被动链轮轴心线间的距离）。

③改造链条弹簧张紧装置，使其具备自动补偿功能。

3.4 改造 (或处理) 成果

①将圆筒洗石机驱动装置从整体钢结构机架上分开，分离了振动源，有效地消除了振动源叠加现象。

②将驱动装置单独安装在带有立柱的混凝土梁上，有效地传导和吸收了振动力，减低了振动噪音。

③通过对洗石机链条结构和张紧装置的改造、调整以及其润滑条件的充分改善，减小了链条的异常振动和磨损，达到了延长链条使用寿命的目的。

④通过探索运行规律、积累经验、规范操作程序，有效地解决了圆筒洗石机的启动难题。

总之，通过解决圆筒洗石机振动和链条润滑不充分等关键缺陷问题，减少了设备停机维修时间，提高了设备的利用率与运行效率，充分发挥了圆筒洗石机的效能。

4 结语

圆筒洗石机采用链条驱动能有效减少打滑现象 （轮胎驱动式圆筒洗石机常有打滑现象，运行效率较低），更有利于提高单机处理能力，是圆筒洗石机应用的发展方向，但应尽可能考虑采用单链条驱动，以避免双链条驱动带来的不同步问题。

通过对国外两台圆筒洗石机的使用和改造表明：

在大型综合性砂石加工系统中，洗石机单机处理能力要求比较大 （通常处理能力在450t/h以上），在国内目前单机处理能力相对较小的情况下，采用洗石机洗泥工艺时，还须进一步深入探索和研究。若能考虑对加工系统预筛分工艺进行改进，仅对小于等于40mm以下的石料进行洗涤，选择适合洗石设备的范围将会更广泛一些，从而为增强加工系统处理能力，提高成品砂石料质量带来较大帮助。

◎作者简介：

齐 涛，男，高级工程师，葛洲坝五公司龙滩砂石项目部副总经理。

刘 镇，男，高级工程师，葛洲坝五公司锦屏三滩砂石项目部副总经理。