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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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一起水泵聯軸器破裂致傷事故的分析

2013-04-18

李光瑾　孫宇明　祁姃
（上海柴油機股份有限公司）
　　一、前言
　　水泵是工廠的通用機構裝備，電機通過聯軸器與水泵聯接，將電能轉變為機械能，實現水的強制輸送。聯軸器成其為傳遞轉矩與水泵安全運行的關鍵聯軸器在工況下，轉速高、外緣線速度與離心力較大。一般電機水泵采用有彈性元件的撓性聯軸器。制造聯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軸器安全可靠運行。本文僅以一起因聯軸器破裂，造成人身與設備的傷害事故進行分析。
　　二、事故發生的經過
　　2001年10月的一天，某廠啟動一臺備用水泵，在水泵運行約20min時，現場散發出濃烈的橡膠氣味，水泵運轉聲音異常。機修人員隨即前往檢查，切斷電源，在水泵未停穩、移動聯軸器罩殼的瞬間，水泵一側的半聯軸器外緣破碎，一塊重481g的碎塊飛出窗戶，在3.7m遠處擊中一員工的左面部，擊碎其頜骨等，設備停產若干天。
　　三、現場檢查
　　1、水泵系某廠產品，型號為IS125-100-250，電動機功率75kw，水泵轉速2900r/min，流量2000m3/h。水泵2001年6月安裝調試后，至本次開機，一直處于備用狀態。破碎的水泵聯軸器現場見圖1。

圖1
　　從圖1可見水泵一側的半聯軸器的破碎狀況。在聯軸器的下方機座上，散落著大量被碾碎的黑色橡膠顆粒。
　　聯軸器的防護罩為厚1.5mm的鐵皮彎成“U”形，罩殼未與機座固定（經核對產品安裝說明，罩殼必須固定），且無“水泵未停穩不得移動罩殼”的安全提示。檢修人員也未待水泵停轉便移動了罩殼。
　　2、測量兩只半聯軸器端面實際間隙為0.70mm，水泵安裝的要求為≤0.30mm，超差0.40mm。
　　3、現場拆卸聯軸器，破損的半聯軸器只三凸爪的外圓弧均有嚴重的周向磨痕，金屬表面氧化色呈淡蘭，估計溫度在220～250℃范圍。
　　4、三只凸爪的頂端均有嚴重的撞擊痕跡，聯軸器圓盤端面有不對稱弧形磨痕，說明半聯軸器在破碎前的運轉中已存在軸向竄動。
　　5、聯軸器的橡膠彈性塊，應有六只凸塊，拆開后僅存三只，每相鄰的一只凸塊已被碾碎。設備供方稱：彈性塊未按圖紙要求選購聚氨酯質橡膠，而是任意采購的氯丁或丁晴橡膠。
　　6、據機修人員反映：在水泵安裝調試時，曾因水泵質量問題，供貨方人員強制撬動聯軸器結合部，以拆卸水泵。現場檢查半聯軸器斷裂處，有撬動留下的塑性變形痕跡，不排除給鑄件本體造成內傷的可能。
　　四、對半聯軸器的測量
　　1、半聯軸器三只凸爪的分度，實測誤差為±0.5°以內。
　　2、半聯軸器三只凸爪的形狀檢測。
　　半聯軸器系鑄造成形，三只凸爪僅其頂端及外圓弧經機械加工，半聯軸器相互配對的推力側面為鑄態毛坯面，每只凸爪按30°弧形分配，凸爪的形狀測量數據見表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，凸爪的實際推力面素線，未與設計的半徑素線重合。主動爪通過橡膠彈性塊向被動爪傳遞扭矩時，爪的內圓弧，向橡膠彈性塊根部施加一個剪切力（現場檢查多員已損壞的彈性塊，根部幾乎都留下按旋轉方向逐步升高的臺階，證實了彈性橡膠塊根部被不正常擠壓、剪切的事實）。一旦橡膠塊碾碎，主、被動爪即呈剛性碰撞，使聯軸器過早失效。
　　五、聯軸器本體的材料與組織、性能測試
　　1、該聯軸器選用灰鑄鐵HT200材料制造。按GB9439灰鑄鐵件標準的規定，鑄鐵的化學成分由供方決定，但必須達到規定灰鑄鐵牌號的機械性能指標。在損壞的半聯軸器軸套筒上縱向取樣，測得的機械性能數據如表2所示。
表2
　　聯軸器軸套筒部位鑄坯厚度約29mm，與國家標準規定的本體取樣的機械性能指標（鑄件壁厚20～40mm）相比較，該半聯軸器的機械性能不合格！
　　2、聯軸器的金相組織
　　按GB7216灰鑄鐵金相標準評定，該半聯軸器的組織為：A型石墨，石墨長3級（長0.25～0.50mm），石墨結粗大（圖3）。
　　綜合評價該半聯軸器的材料與性能，未達到HT200的水平。參照《鑄造工程師手冊》（1997.12機械工業出版社）關于灰鑄鐵應用于推薦，圓周線速度20～30m/s，應選用HT300或HT350，使聯軸器本體有足夠的強度。本案聯軸器直徑為160mm，工作時外緣線速度為24.3m/s，選用HT200材料，其可靠性欠妥，更何況實物的強度不及HT100牌號的灰鑄鐵。
圖3 X100
　　六、結論
　　1、聯軸器鑄件的材料與組織性能未達到零件圖紙的要求，與國家標準規定的相應牌號的灰鑄鐵件性能相差很大。
　　2、聯軸器的主、被動凸爪的制造精度極差，凸爪內圓弧易剪切彈性橡膠塊。一旦橡膠塊被碾碎，主、被動凸爪間失去緩沖，易形成剛性碰撞，導致半聯軸器失效。
　　3、聯軸器的防護罩殼須可靠的固定，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、設備安裝時撬聯軸器以拆卸水泵、檢修時設備損壞狀況不明且未停穩即移走罩殼等，均是不規范的行為。
　　事后就存在問題進行了有針對性的整改，供方作出了必要的經濟賠償。
來源期刊：《機電安全》2002年第12期