離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓爆裂事故分析 

事件人物：湯新文 ,，陳海輝
1.江西省鍋幢所， 扛西南昌 330029,；
2.華南理工太學(xué)工控學(xué)院 廣末廣州 510640

一,、基本情況
某糖廠煮煉車間2#甲糖分離機(jī)（型號(hào)為XZ1200B型上懸式自動(dòng)卸料離心機(jī)．以下簡稱離心機(jī)）在運(yùn)行中轉(zhuǎn)鼓（篩藍(lán)）突然爆裂，撞擊離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓保護(hù)外殼．使部分外殼飛脫 擊中操作臺(tái)面的四名人員,，造成重大傷亡事故：據(jù)櫧廣介紹該離心機(jī)已運(yùn)行了十八年 在該榨季一直安全運(yùn)行 事故發(fā)生前,，已完成甲糖的*篩分離．接著進(jìn)行第：篩，在裝料時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn),，但在丹離運(yùn)轉(zhuǎn)的加速過程巾,，離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓突然破裂，造成事故,。
事故發(fā)生后,，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，我們割取破裂試樣,，進(jìn)行了各項(xiàng)梭測(cè),、強(qiáng)度校棱分析等工作．對(duì)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓破裂的原因進(jìn)行調(diào)查分析研究 具體分析如下文2離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓破裂后各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果。

（1）材料力學(xué)性能
首先要了解該機(jī)運(yùn)行了I8年后,，材質(zhì)有什么變化和對(duì)安全運(yùn)行的影響 因此,，分別在轉(zhuǎn)鼓的篩鼓及頂蓋耐處各割取三件試樣，接國標(biāo)要求加工成拉伸武樣,。
結(jié)果表明：使用l8年后,，轉(zhuǎn)鼓材質(zhì)的屈服點(diǎn)叫顯提高（分別提高50％和49％）而且接近抗拉強(qiáng)度,，這表明轉(zhuǎn)鼓材料由于應(yīng)力疲勞的作用使其塑性明顯下降．產(chǎn)生材質(zhì)硬化現(xiàn)象,，這就為轉(zhuǎn)鼓的突然破裂埋下危險(xiǎn)隱患 從拉伸試駐過程中也發(fā)現(xiàn) 試樣沒有明顯的屈服點(diǎn)，也說明材質(zhì)有疲勞硬化現(xiàn)象．容易誘發(fā)脆性斷裂,。

（2）轉(zhuǎn)鼓壁厚
為了解使用l8年后的轉(zhuǎn)鼓壁厚的變化,，用超聲波測(cè)厚慢對(duì)轉(zhuǎn)鼓的頂蓋,、篩鼓及篩孔邊緣部分進(jìn)行了多點(diǎn)的厚度測(cè)量.
結(jié)果可看出：轉(zhuǎn)鼓材料壁厚減薄現(xiàn)象已經(jīng)非常嚴(yán)重 由啼鼓的強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果可知．篩鼓設(shè)計(jì)計(jì)算壁厚為9mm，而現(xiàn)有攝小壁厚（整個(gè)篩鼓多處存在）為5.5mm．遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)的zui低要求,。因此,，轉(zhuǎn)鼓繼續(xù)運(yùn)行存在非常不安全的隱患轉(zhuǎn)鼓壁厚減薄的原因．zui主要是長期運(yùn)行中，糖漿液中的徽晶粒對(duì)轉(zhuǎn)鼓的磨損和沖蝕,，尤其在篩鼓中下部位．其篩孔邊緣減薄zui嚴(yán)重,，而靠近蓋板的啼鼓（轉(zhuǎn)鼓上部位）壁厚臧薄較小,同時(shí)在運(yùn)行中應(yīng)力反復(fù)變化和工作介質(zhì)的作用產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕．也可能使壁厚減薄.

（3）機(jī)械強(qiáng)度校棱
事故離心機(jī)原始資料中．未提供離心機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算書．為了解轉(zhuǎn)鼓的設(shè)計(jì)合理性、可靠性,、為驤薄的轉(zhuǎn)鼓提供安全可靠性分析依據(jù),，我們對(duì)轉(zhuǎn)鼓的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行丁校核．從校核結(jié)果表明：
① 轉(zhuǎn)鼓的設(shè)計(jì)是合理的．可靠的，取原始壁厚12mm的20g材料,，已留有較大的安全系數(shù)（設(shè)計(jì)壁厚為9mm）,，按此壁厚計(jì)算，轉(zhuǎn)鼓的理論總應(yīng)力為77．2'MPa．遠(yuǎn)低于材料的許甩應(yīng)力（10OMP口）,。
② 當(dāng)壁厚減薄至設(shè)計(jì)壁厚時(shí),，其總應(yīng)力等于許用應(yīng)力；當(dāng)壁厚減薄至7mm時(shí)．其總應(yīng)力提高到IlI 9MPa,，已超過許用應(yīng)力l1．9％,；當(dāng)壁厚減薄至5mm時(shí)，其總應(yīng)力提高到145MPa,，已超過許用應(yīng)力45％,。
當(dāng)轉(zhuǎn)鼓中增加物料由500kg（正常）增加到600kg時(shí)，轉(zhuǎn)鼓的應(yīng)力增加,。如壁薄減薄至7mm時(shí),，其總應(yīng)力提高到136．9MPa，已超許用應(yīng)力36．9%,；如壁厚減薄至5mm時(shí),，其總應(yīng)力提高到180MPa，已超許用應(yīng)力80％,。

綜上分析所述,，轉(zhuǎn)鼓壁厚的明顯減薄和轉(zhuǎn)鼓裝料的增加，均會(huì)使轉(zhuǎn)鼓承受的總應(yīng)力大大提高,，大大超過了材質(zhì)的許用應(yīng)力,，成為該轉(zhuǎn)鼓破裂的主要原因之一。但按屈服應(yīng)力選取以上情況的zui小安全系數(shù)~=245／180=1．36,，此值雖然低于規(guī)定值 =2～2．5,，但材料離屈服還有相當(dāng)距離，僅僅從轉(zhuǎn)鼓的薄膜應(yīng)力觀點(diǎn)還難以解釋轉(zhuǎn)鼓突然爆裂,，這與文獻(xiàn)報(bào)道了一臺(tái)直徑為800mm的三足式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的爆裂事故非常相似,。文獻(xiàn)報(bào)道的轉(zhuǎn)鼓材料為1Crl8Ni9Ti,，屈服應(yīng)力 =200MPa。在許用應(yīng)力[叮1=67．5MPa時(shí),，轉(zhuǎn)鼓壁厚應(yīng)為6．2mm,，當(dāng)實(shí)際壁厚由于腐蝕減薄到3mm時(shí)，離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓發(fā)生了爆裂,。轉(zhuǎn)鼓壁厚3mm時(shí),。其實(shí)際應(yīng)力推算為1刪Pa。

按屈服應(yīng)力選取的安全系數(shù)n,=200／140=-1．43,，此值雖然低于通常值=2～2．5,，但材料離屈服還有相當(dāng)距離，僅僅從轉(zhuǎn)鼓的薄膜應(yīng)力觀點(diǎn)還難以判斷事故的根源,。文獻(xiàn)從轉(zhuǎn)鼓屈曲（失圓）的觀點(diǎn)出發(fā),，推算SSN800離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的zui小應(yīng)該壁厚為6mm才能保持其剛度。指出事故的根源不僅在于焊縫質(zhì)量差,，還在于轉(zhuǎn)鼓剛度不足,。

三足式離心機(jī)由于轉(zhuǎn)鼓壁太薄、焊縫質(zhì)量所造成的轉(zhuǎn)鼓爆裂事故所占比例非常高,。文獻(xiàn)報(bào)道了4起因離心機(jī)使用時(shí)間過長,、腐蝕嚴(yán)重，使轉(zhuǎn)鼓變薄而導(dǎo)致轉(zhuǎn)鼓運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)爆裂事故,。其中有1起“因離心機(jī)受紅礬鈉嚴(yán)重腐蝕,，轉(zhuǎn)鼓壁厚僅3mm，且外殼為鑄鐵材質(zhì),，厚薄不均,，加上投料量過大，致使離心機(jī)突然破碎成126塊”.《機(jī)械工程手冊(cè)》離心機(jī)篇對(duì)轉(zhuǎn)鼓壁厚計(jì)算時(shí)的安全系數(shù)選取已給定一個(gè)范圍,，即屈服強(qiáng)度安全系數(shù)n~=2-2．5,。以轉(zhuǎn)鼓直徑800的三足式離心機(jī)為例，按n=2-2．5進(jìn)行壁厚設(shè)計(jì)時(shí),，壁厚應(yīng)取5~7mm （不計(jì)腐蝕余量）,，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓壁厚僅僅為3mm，通常發(fā)生爆裂,。

（4）材料金相分析
在轉(zhuǎn)鼓頂蓋上和篩鼓板上各取一塊試樣,，進(jìn)行常規(guī)的金相分析，分析結(jié)果表明金相組織屬鐵素體和珠光體,，兩種試樣均屬正常組織,。

（5）破裂部位
仔細(xì)觀察轉(zhuǎn)鼓破裂的各部分?jǐn)嗫冢l(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：
① 在轉(zhuǎn)鼓蓋板與篩鼓板焊連接處，蓋板撕裂長達(dá)320mm左右,，其中一段有90aim左右的斷裂口，呈較平滑的斷面,，并有焊縫氣孔夾渣等缺陷,，具有金屬疲勞斷口的特征，該斷面是轉(zhuǎn)鼓破裂的起裂點(diǎn),。
② 轉(zhuǎn)鼓的篩鼓縱向焊縫從上而下被撕裂至篩鼓底部以上第二圈篩孔為止,，然后由該處沿周向撕裂第二圈篩孔，其長度約為該圈篩孔圓周長的1／3,。觀察上述撕裂的斷面,，呈二種形貌：一處是沿壁厚約45。角的剪切面：另一種是沿壁厚呈V形斷面（另一面為反V型斷面）,。兩者的斷面均較粗糙,，說明了這些斷裂面是撕裂（拉伸）產(chǎn)生的，而不是起裂斷面,。

3.轉(zhuǎn)鼓破裂原因
綜合以上各項(xiàng)檢測(cè),，計(jì)算結(jié)果和分析意見，我們認(rèn)為轉(zhuǎn)鼓破裂的主要原因是轉(zhuǎn)鼓材料的硬化和壁厚的嚴(yán)重減薄,。破裂過程如下：
（1）起裂：破裂的起裂點(diǎn)（裂源）在轉(zhuǎn)鼓頂蓋與篩鼓
焊接連接處,。該處焊縫有缺陷，在邊緣應(yīng)力（4～5倍的許用應(yīng)力）作用下,，裂紋不斷擴(kuò)展,，長度及深度增加，在達(dá)到臨界裂紋狀態(tài)下,，裂紋迅速擴(kuò)展,，該處突然破裂。
（2）點(diǎn)擴(kuò)大：當(dāng)轉(zhuǎn)鼓頂蓋與篩鼓連接處起裂后,，由于轉(zhuǎn)鼓繼續(xù)在高速轉(zhuǎn)動(dòng),，離心力將裂開部位迅速擴(kuò)大，首先把頂蓋撕開,。
（3）轉(zhuǎn)鼓撕裂：在頂蓋撕裂后,，裂紋沿篩鼓縱向自上而下撕裂至篩鼓底部，再沿周向撕裂第而篩孔,，造成轉(zhuǎn)鼓的嚴(yán)重破壞,。
（4）保護(hù)殼飛脫：轉(zhuǎn)鼓局部撕裂后直徑擴(kuò)大，撞擊轉(zhuǎn)鼓保護(hù)殼,，使保護(hù)殼飛脫,，造成人員傷亡。
起裂的綜合原因是材料硬化、壁厚減薄,、焊縫有缺陷和加料操作失當(dāng)造成過大的邊緣應(yīng)力,，引起疲勞斷裂。轉(zhuǎn)鼓的大面積撕裂原因是材料硬化和壁厚減薄,。保護(hù)殼飛脫是由于轉(zhuǎn)鼓大面積撕裂,，撞擊轉(zhuǎn)鼓保護(hù)殼。

參考資料：http://www.yq001.com/article-213.html