一起水泵聯(lián)軸器破裂致傷事故的分析
2013-04-18
李光瑾 孫宇明 祁?yuàn)?br />
（上海柴油機(jī)股份有限公司）
一、前言水泵是工廠的通用機(jī)構(gòu)裝備，電機(jī)通過聯(lián)軸器與水泵聯(lián)接，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，實(shí)現(xiàn)水的強(qiáng)制輸送。聯(lián)軸器成其為傳遞轉(zhuǎn)矩與水泵安全運(yùn)行的關(guān)鍵聯(lián)軸器在工況下，轉(zhuǎn)速高、外緣線速度與離心力較大。一般電機(jī)水泵采用有彈性元件的撓性聯(lián)軸器。制造聯(lián)軸器須正確選用材料，滿足性能要求，確保加工精度以保證聯(lián)軸器安全可靠運(yùn)行。本文僅以一起因聯(lián)軸器破裂，造成人身與設(shè)備的傷害事故進(jìn)行分析。
二、事故發(fā)生的經(jīng)過
2001年10月的一天，某廠啟動(dòng)一臺(tái)備用水泵，在水泵運(yùn)行約20min時(shí)，現(xiàn)場散發(fā)出濃烈的橡膠氣味，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)聲音異常。機(jī)修人員隨即前往檢查，切斷電源，在水泵未停穩(wěn)、移動(dòng)聯(lián)軸器罩殼的瞬間，水泵一側(cè)的半聯(lián)軸器外緣破碎，一塊重481g的碎塊飛出窗戶，在3.7m遠(yuǎn)處擊中一員工的左面部，擊碎其頜骨等，設(shè)備停產(chǎn)若干天。
三、現(xiàn)場檢查
1、水泵系某廠產(chǎn)品，型號(hào)為IS125-100-250，電動(dòng)機(jī)功率75kw，水泵轉(zhuǎn)速2900r/min，流量2000m3/h。水泵2001年6月安裝調(diào)試后，至本次開機(jī)，一直處于備用狀態(tài)。破碎的水泵聯(lián)軸器現(xiàn)場見圖1。
圖1
聯(lián)軸器的防護(hù)罩為厚1.5mm的鐵皮彎成“U”形，罩殼未與機(jī)座固定（經(jīng)核對(duì)產(chǎn)品安裝說明，罩殼必須固定），且無“水泵未停穩(wěn)不得移動(dòng)罩殼”的安全提示。檢修人員也未待水泵停轉(zhuǎn)便移動(dòng)了罩殼。
2、測量兩只半聯(lián)軸器端面實(shí)際間隙為0.70mm，水泵安裝的要求為≤0.30mm，超差0.40mm。
3、現(xiàn)場拆卸聯(lián)軸器，破損的半聯(lián)軸器只三凸爪的外圓弧均有嚴(yán)重的周向磨痕，金屬表面氧化色呈淡蘭，估計(jì)溫度在220～250℃范圍。
4、三只凸爪的頂端均有嚴(yán)重的撞擊痕跡，聯(lián)軸器圓盤端面有不對(duì)稱弧形磨痕，說明半聯(lián)軸器在破碎前的運(yùn)轉(zhuǎn)中已存在軸向竄動(dòng)。
5、聯(lián)軸器的橡膠彈性塊，應(yīng)有六只凸塊，拆開后僅存三只，每相鄰的一只凸塊已被碾碎。設(shè)備供方稱：彈性塊未按圖紙要求選購聚氨酯質(zhì)橡膠，而是任意采購的氯丁或丁晴橡膠。
6、據(jù)機(jī)修人員反映：在水泵安裝調(diào)試時(shí)，曾因水泵質(zhì)量問題，供貨方人員強(qiáng)制撬動(dòng)聯(lián)軸器結(jié)合部，以拆卸水泵。現(xiàn)場檢查半聯(lián)軸器斷裂處，有撬動(dòng)留下的塑性變形痕跡，不排除給鑄件本體造成內(nèi)傷的可能。
四、對(duì)半聯(lián)軸器的測量
1、半聯(lián)軸器三只凸爪的分度，實(shí)測誤差為±0.5°以內(nèi)。
2、半聯(lián)軸器三只凸爪的形狀檢測。
半聯(lián)軸器系鑄造成形，三只凸爪僅其頂端及外圓弧經(jīng)機(jī)械加工，半聯(lián)軸器相互配對(duì)的推力側(cè)面為鑄態(tài)毛坯面，每只凸爪按30°弧形分配，凸爪的形狀測量數(shù)據(jù)見表1，凸爪的形狀分析見圖2。
表1： 單位：mm
圖2
由表1和圖2可見，凸爪的實(shí)際推力面素線，未與設(shè)計(jì)的半徑素線重合。主動(dòng)爪通過橡膠彈性塊向被動(dòng)爪傳遞扭矩時(shí)，爪的內(nèi)圓弧，向橡膠彈性塊根部施加一個(gè)剪切力（現(xiàn)場檢查多員已損壞的彈性塊，根部幾乎都留下按旋轉(zhuǎn)方向逐步升高的臺(tái)階，證實(shí)了彈性橡膠塊根部被不正常擠壓、剪切的事實(shí)）。一旦橡膠塊碾碎，主、被動(dòng)爪即呈剛性碰撞，使聯(lián)軸器過早失效。五、聯(lián)軸器本體的材料與組織、性能測試
1、該聯(lián)軸器選用灰鑄鐵HT200材料制造。按GB9439灰鑄鐵件標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，鑄鐵的化學(xué)成分由供方?jīng)Q定，但必須達(dá)到規(guī)定灰鑄鐵牌號(hào)的機(jī)械性能指標(biāo)。在損壞的半聯(lián)軸器軸套筒上縱向取樣，測得的機(jī)械性能數(shù)據(jù)如表2所示。
表2
2、聯(lián)軸器的金相組織
按GB7216灰鑄鐵金相標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定，該半聯(lián)軸器的組織為：A型石墨，石墨長3級(jí)（長0.25～0.50mm），石墨結(jié)粗大（圖3）。
綜合評(píng)價(jià)該半聯(lián)軸器的材料與性能，未達(dá)到HT200的水平。參照《鑄造工程師手冊》（1997.12機(jī)械工業(yè)出版社）關(guān)于灰鑄鐵應(yīng)用于推薦，圓周線速度20～30m/s，應(yīng)選用HT300或HT350，使聯(lián)軸器本體有足夠的強(qiáng)度。本案聯(lián)軸器直徑為160mm，工作時(shí)外緣線速度為24.3m/s，選用HT200材料，其可靠性欠妥，更何況實(shí)物的強(qiáng)度不及HT100牌號(hào)的灰鑄鐵。
圖3 X100
六、結(jié)論1、聯(lián)軸器鑄件的材料與組織性能未達(dá)到零件圖紙的要求，與國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相應(yīng)牌號(hào)的灰鑄鐵件性能相差很大。
2、聯(lián)軸器的主、被動(dòng)凸爪的制造精度極差，凸爪內(nèi)圓弧易剪切彈性橡膠塊。一旦橡膠塊被碾碎，主、被動(dòng)凸爪間失去緩沖，易形成剛性碰撞，導(dǎo)致半聯(lián)軸器失效。
3、聯(lián)軸器的防護(hù)罩殼須可靠的固定，否則不能真正起到防止異物纏繞或碎物飛出的阻擋作用。
4、設(shè)備安裝時(shí)撬聯(lián)軸器以拆卸水泵、檢修時(shí)設(shè)備損壞狀況不明且未停穩(wěn)即移走罩殼等，均是不規(guī)范的行為。
事后就存在問題進(jìn)行了有針對(duì)性的整改，供方作出了必要的經(jīng)濟(jì)賠償。
來源期刊：《機(jī)電安全》2002年第12期
