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一起水泵联轴器破裂致伤事故的分析

2013-04-18

李光瑾　孙宇明　祁姃
（上海柴油机股份有限公司）
　　一、前言
　　水泵是工厂的通用机构装备，电机通过联轴器与水泵联接，将电能转变为机械能，实现水的强制输送。联轴器成其为传递转矩与水泵安全运行的关键联轴器在工况下，转速高、外缘线速度与离心力较大。一般电机水泵采用有弹性元件的挠性联轴器。制造联轴器须正确选用材料，满足性能要求，确保加工精度以保证联轴器安全可靠运行。本文仅以一起因联轴器破裂，造成人身与设备的伤害事故进行分析。
　　二、事故发生的经过
　　2001年10月的一天，某厂启动一台备用水泵，在水泵运行约20min时，现场散发出浓烈的橡胶气味，水泵运转声音异常。机修人员随即前往检查，切断电源，在水泵未停稳、移动联轴器罩壳的瞬间，水泵一侧的半联轴器外缘破碎，一块重481g的碎块飞出窗户，在3.7m远处击中一员工的左面部，击碎其颌骨等，设备停产若干天。
　　三、现场检查
　　1、水泵系某厂产品，型号为IS125-100-250，电动机功率75kw，水泵转速2900r/min，流量2000m3/h。水泵2001年6月安装调试后，至本次开机，一直处于备用状态。破碎的水泵联轴器现场见图1。

图1
　　从图1可见水泵一侧的半联轴器的破碎状况。在联轴器的下方机座上，散落着大量被碾碎的黑色橡胶颗粒。
　　联轴器的防护罩为厚1.5mm的铁皮弯成“U”形，罩壳未与机座固定（经核对产品安装说明，罩壳必须固定），且无“水泵未停稳不得移动罩壳”的安全提示。检修人员也未待水泵停转便移动了罩壳。
　　2、测量两只半联轴器端面实际间隙为0.70mm，水泵安装的要求为≤0.30mm，超差0.40mm。
　　3、现场拆卸联轴器，破损的半联轴器只三凸爪的外圆弧均有严重的周向磨痕，金属表面氧化色呈淡兰，估计温度在220～250℃范围。
　　4、三只凸爪的顶端均有严重的撞击痕迹，联轴器圆盘端面有不对称弧形磨痕，说明半联轴器在破碎前的运转中已存在轴向窜动。
　　5、联轴器的橡胶弹性块，应有六只凸块，拆开后仅存三只，每相邻的一只凸块已被碾碎。设备供方称：弹性块未按图纸要求选购聚氨酯质橡胶，而是任意采购的氯丁或丁晴橡胶。
　　6、据机修人员反映：在水泵安装调试时，曾因水泵质量问题，供货方人员强制撬动联轴器结合部，以拆卸水泵。现场检查半联轴器断裂处，有撬动留下的塑性变形痕迹，不排除给铸件本体造成内伤的可能。
　　四、对半联轴器的测量
　　1、半联轴器三只凸爪的分度，实测误差为±0.5°以内。
　　2、半联轴器三只凸爪的形状检测。
　　半联轴器系铸造成形，三只凸爪仅其顶端及外圆弧经机械加工，半联轴器相互配对的推力侧面为铸态毛坯面，每只凸爪按30°弧形分配，凸爪的形状测量数据见表1，凸爪的形状分析见图2。
　　
表1：　单位：mm
图2
　　由表1和图2可见，凸爪的实际推力面素线，未与设计的半径素线重合。主动爪通过橡胶弹性块向被动爪传递扭矩时，爪的内圆弧，向橡胶弹性块根部施加一个剪切力（现场检查多员已损坏的弹性块，根部几乎都留下按旋转方向逐步升高的台阶，证实了弹性橡胶块根部被不正常挤压、剪切的事实）。一旦橡胶块碾碎，主、被动爪即呈刚性碰撞，使联轴器过早失效。
　　五、联轴器本体的材料与组织、性能测试
　　1、该联轴器选用灰铸铁HT200材料制造。按GB9439灰铸铁件标准的规定，铸铁的化学成分由供方决定，但必须达到规定灰铸铁牌号的机械性能指标。在损坏的半联轴器轴套筒上纵向取样，测得的机械性能数据如表2所示。
表2
　　联轴器轴套筒部位铸坯厚度约29mm，与国家标准规定的本体取样的机械性能指标（铸件壁厚20～40mm）相比较，该半联轴器的机械性能不合格！
　　2、联轴器的金相组织
　　按GB7216灰铸铁金相标准评定，该半联轴器的组织为：A型石墨，石墨长3级（长0.25～0.50mm），石墨结粗大（图3）。
　　综合评价该半联轴器的材料与性能，未达到HT200的水平。参照《铸造工程师手册》（1997.12机械工业出版社）关于灰铸铁应用于推荐，圆周线速度20～30m/s，应选用HT300或HT350，使联轴器本体有足够的强度。本案联轴器直径为160mm，工作时外缘线速度为24.3m/s，选用HT200材料，其可靠性欠妥，更何况实物的强度不及HT100牌号的灰铸铁。
图3 X100
　　六、结论
　　1、联轴器铸件的材料与组织性能未达到零件图纸的要求，与国家标准规定的相应牌号的灰铸铁件性能相差很大。
　　2、联轴器的主、被动凸爪的制造精度极差，凸爪内圆弧易剪切弹性橡胶块。一旦橡胶块被碾碎，主、被动凸爪间失去缓冲，易形成刚性碰撞，导致半联轴器失效。
　　3、联轴器的防护罩壳须可靠的固定，否则不能真正起到防止异物缠绕或碎物飞出的阻挡作用。
　　4、设备安装时撬联轴器以拆卸水泵、检修时设备损坏状况不明且未停稳即移走罩壳等，均是不规范的行为。
　　事后就存在问题进行了有针对性的整改，供方作出了必要的经济赔偿。
来源期刊：《机电安全》2002年第12期

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