在PTA（精對笨二甲酸）生產(chǎn)中有大量的干狀粉料和濕狀粉料（含濕率約為15%）需采用螺旋輸送機輸送，螺旋輸送機能否正常工作直接影響整套裝置的正常生產(chǎn)。隨著Pl'A生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對螺旋輸送機輸送能力的要求也不斷提高。但目前國內(nèi)大中型PTA成套裝置均采用國外專利商的技術和工藝包，國內(nèi)針對PTA螺旋輸送機的特點進行研究及設計，還沒有較成熟的設計規(guī)范可以遵循，在此方面進行研究和改造對PTA螺旋輸送機國產(chǎn)化及設計都具有一定的借鑒意義。
    某化工廠PTA單套裝置以前生產(chǎn)規(guī)模一般為25萬t/y，現(xiàn)將規(guī)模擴大，將單套裝置的生產(chǎn)規(guī)模提高到40萬t/y。由于沒有準確預計螺旋輸送機的生產(chǎn)能力，也沒進行適當?shù)母脑�，結果在使用3個月后，螺旋輸送機主軸突然發(fā)生斷裂，造成停產(chǎn)事故。
1、主軸斷裂的原因分析
    現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)螺旋軸采用中空厚壁管，外部焊上螺旋狀的葉片。螺旋軸長10,3 m，加上2支承端間距近11m，且在軸中間沒有吊掛支撐裝置，根據(jù)計算發(fā)現(xiàn)僅自重（包括物料重量）引起的撓度就達6—7 nun，加上制造時的直線度誤差，使得螺旋軸在不斷旋轉(zhuǎn)中，撓曲度越來越大。根據(jù)受力分析，此時中空軸的上表面受壓，下表面受拉，且這種受力狀態(tài)是交替變化的。由于材質(zhì)、加工（特別是焊接）的原因，中空軸外表面容易存在細小的缺陷（例如材質(zhì)本身的缺陷、因焊接而產(chǎn)生的表面裂紋），在交變應力的作用下，裂紋擴展。當裂紋擴展至一定程度而導致中空軸的有效截面積不足以承受所傳遞的扭矩時，就會產(chǎn)生剪切斷裂�，F(xiàn)場螺旋軸斷口截面部分呈大約450斜面，是典型的剪切斷裂，軸的斷裂截面如圖1所示。
2、主軸的結構改造
    為了減少由于主軸過長而造成的撓度較大的現(xiàn)象，將1臺約11 m長的螺旋輸送機變成2個串聯(lián)的約6m的螺旋輸送機。螺旋軸選用整鍛厚壁管，不允許拼接，兩端都采用實心軸加強。螺旋中空軸及兩端實心軸的材質(zhì)采用進口316L，不銹鋼鍛件應符合jB4728-1994不銹鋼鍛件技術條件的規(guī)定。為了減小物料與主軸、螺旋葉片、外殼之間的摩擦力，規(guī)定螺旋軸及葉片的外表面需打磨拋光，其粗糙度不低于5um，同時殼體內(nèi)部打磨拋光，其粗糙度也不低于5um。軸承均采用進口雙列調(diào)心滾柱軸承，并帶有內(nèi)錐套以便于安裝；輸送機殼體在工作溫度下具有一定的熱膨脹量，因此其支座一端固定，其余均設計成可滑動型式。改造后的主軸結構和螺旋輸送機現(xiàn)場布置見圖2和圖3。
3、主軸有限元分析及評定
    為了分析改造后的螺旋軸受力及疲勞應力情況，采用ANSYS分析軟件進行了分析。改造后螺旋軸建模分別如圖4和圖5所示。
3.1結構設計參數(shù)及計算條件
    分析采用的計算基礎數(shù)據(jù)為：材料316 L，軸扭矩384.5 kgm，轉(zhuǎn)速38 r/min，重力加速度9.8m/s2，材料密度7.85×10-6 kg／mm3，彈性模量1.95×l03MPa，螺旋螺距為600 mm。
3.2有限元模型的建立及分析
    根據(jù)結構特性和載荷特性，在有限元模型構建中，取整體結構在相適應的邊界條件下進行分析。
3.2.1位移邊界條件
    螺旋軸組件一端內(nèi)軸承側(cè)中心產(chǎn)生質(zhì)量單元，與該截面45號單元節(jié)點產(chǎn)生剛性面。該質(zhì)量單元節(jié)點上，△X △Y AZ =O（總體笛卡爾坐標系），繞Z、X轉(zhuǎn)角為0；螺旋軸組件另一端內(nèi)軸承側(cè)中心產(chǎn)生質(zhì)量單元，與該裁面45號單元節(jié)點產(chǎn)生剛性面。該質(zhì)量單元節(jié)點上，AX△Y=O（總體笛卡爾坐標系），繞J轉(zhuǎn)角為0。
3,2.2有限單元選擇
    結構分析采用ANSYS軟件中的8節(jié)點三維實體單元( SOLID185)，輔助邊界條件施加采用質(zhì)量單元( MASS21)。
3.2.3力的邊界條件
    螺旋軸組件另一端內(nèi)軸承側(cè)質(zhì)量單元節(jié)點上，軸扭矩384.5 kgm，整體繞Z軸轉(zhuǎn)速38 r/min，y向重力加速度9.8m/s2，模型分析結果如圖6所不。
3.3結果評定
    表面軸向應力最大值為7.773 MPa，位于軸向中間下表面位置，查得材料許用值為118 MPa，評定通過。
4、螺旋輸送機的制造及驗收
4.1制造加工要求
    針對殼體及螺旋軸2大主要部件分別規(guī)定：殼體經(jīng)下料、成形、對接后，其直線度要求為0.6‰；作為兩端軸承座定位的殼體兩端端板內(nèi)孔采用專用工裝組對焊接，以保證兩端板內(nèi)孔的同軸度以及端板平面與軸線的垂直度。螺旋軸中空管在加工前矯直，直線度不超過0.3‰。螺旋軸中空管與軸頭加工后熱鑲，再以鉸制孔銷釘固定，端頭焊接。這樣，軸頭通過3種形式與中空軸連接：(1)焊接；(2)過盈配合；(3)3組共12個∮20 mm的銷釘以確保該部位不會出現(xiàn)連接失效。螺旋軸在焊接后必須消除應力，然后整體加工，以保證2軸頭的同軸度。旋葉片在成形后需做到螺距的導程誤差不超過±5 mm，任意螺距的誤差為±10 mm。殼體由表面及螺旋軸、葉片的外表面打磨拋光處理，粗糙度≤1.6um。
4.2檢驗
    螺旋軸的厚壁管整體超聲波探傷，殼體所有焊縫著色探傷，厚壁管與葉片的焊縫著色探傷，螺旋葉片在對接前作焊接工藝評定，螺旋葉片對后著色探傷，殼體作水壓或氣密性試驗。
5、結束語
    該螺旋輸送機改造后使用1年多來生產(chǎn)非常穩(wěn)定，只需定期對填料、軸承進行維護，從未出現(xiàn)過堵料、斷軸、鏈輪損壞、減速器損壞等現(xiàn)象，生產(chǎn)穩(wěn)定周期大大延長，給企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟效益。