張文東

                   （河北冀中能源集團(tuán)金牛化工股份公司樹脂分公司）

    摘要：在聚氯乙烯生產(chǎn)中，離心機(jī)最常見的問題是異常振動，本文從離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)、振動原理幾個方面進(jìn)行分析，并結(jié)合本廠的生產(chǎn)實際情況，提出方案，最終解決了離心機(jī)異常振動的問題，為轉(zhuǎn)動設(shè)備類似問題的解決提供了新的思路。

    關(guān)鍵詞：離心機(jī)

    異常振動

    原因分析

    解決方案

    在金牛化工股份公司聚氯乙烯生產(chǎn)過程中，VCM單體在聚合釜中進(jìn)行懸浮聚合。生成PVC懸浮液，該懸浮液進(jìn)入汽提塔脫去VCM氣后，形成含水量68%~75%的PVC漿料。在物料進(jìn)入干燥床之前，必須進(jìn)行脫水處理，使PVC含水量控制在25%以下。完成脫水工藝的關(guān)鍵設(shè)備便是離心機(jī)。目前，國內(nèi)廠家多采用螺旋沉降式離心機(jī)，我廠所用螺旋沉降式離心機(jī)產(chǎn)于英國Thomas Broadbent&Sons公司，單臺處理能力10000kg/h。該離心機(jī)作為23萬噸/a PVC生產(chǎn)裝置的主要設(shè)備，于1999年5月投入使用。該種離心機(jī)在投入生產(chǎn)以來，以其操作簡便，運行彈性大，性能穩(wěn)定，易損件少，拆裝容易等頗受好評，完全能夠滿足生產(chǎn)需要。但在生產(chǎn)過程中，也暴露出一些問題，最常見的問題是離心機(jī)的異常振動。下面就離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)和生產(chǎn)中的異常振動情況進(jìn)行分析和闡述。

    1.離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)

    （1）離心機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下。規(guī)格：1000*1500mm；處理能力：10T/h（出口水份≤25%Wb）；電機(jī)功率：195KW；轉(zhuǎn)速：

    1500rpm 4極；轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速：1300r/min；差速器差速比：39：1；

    主軸承潤滑油流量為：1~3L/min；

    振動探測器振動速率≤20mm/s。

    并設(shè)有主軸承油溫、主軸承

    潤滑油流量、振動速率、扭矩和過載保護(hù)探測器在線監(jiān)測。任何一個參數(shù)超標(biāo)，則離心機(jī)保護(hù)性停車。

    （2）離心機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

    以我廠離心機(jī)于2007年7月中旬發(fā)生異常振動為例說明：

    （1）最初離心機(jī)振動曲線突然增大（一般為穩(wěn)定運轉(zhuǎn)值的1.5~2倍）。引發(fā)因素通常為物料流量的波動和開停車時的受力不均勻，同時伴隨有周期性低頻的轟鳴聲，明顯感覺噪聲增大。在相對穩(wěn)定運行時，測得主軸承振動數(shù)值如表1：

            

    2.離心機(jī)在生產(chǎn)過程中的異常振動現(xiàn)象和原理分析

    2.1離心機(jī)在生產(chǎn)中的異常振動現(xiàn)象以我廠離心機(jī)于2007年7月中旬發(fā)生異常振動為例說明：

    （1）最初離心機(jī)振動曲線突然增大（一般為穩(wěn)定運轉(zhuǎn)值的1.5~2倍）。引發(fā)因素通常為物料流量的波動和開停車時的受力不均勻，同時伴隨有周期性低頻的轟鳴聲，明顯感覺噪聲增大。在相對穩(wěn)定運行時，測得主軸承振動數(shù)值如表1。

          

    （2）隨著運行時間的延續(xù)，偶爾發(fā)生振動報警并連鎖停機(jī)（μ≥40mm/s）。

    （3）振動報警次數(shù)增多，頻率加大，最終運轉(zhuǎn)情況惡化，離心機(jī)被迫停運。

    一般從離心機(jī)振動曲線突然增大，到被迫停運，經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明不超過4天；如果負(fù)荷波動較大，則至多維持運轉(zhuǎn)2天。

    2.2離心機(jī)振動原理分析

    在生產(chǎn)中，表征離心機(jī)振動大小的物理量常用振動烈度。

    （1）振動烈度。機(jī)器的振動烈度是指回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)過程中，在軸承或機(jī)座的特定點、特定方向測得的寬頻（10~1000Hz）振動速度信號的均方根值。單位為（mm/s）。振動烈度與不平衡量有關(guān)，也與回轉(zhuǎn)體大小、支承條件、運轉(zhuǎn)情況等有關(guān)系。表1所測數(shù)值即為振動烈度數(shù)值。

    （2）機(jī)械振動。所謂振動，是一種物理現(xiàn)象，是指描述機(jī)械系統(tǒng)運動或位置的量值相對于其平均值隨時間變化的現(xiàn)象。其中機(jī)械系統(tǒng)指由質(zhì)量（m）、剛度（k）、和阻尼（c）各元素所組成的系統(tǒng)。按振動產(chǎn)生的原因分類，機(jī)械振動可分為：自由振動、受迫振動、參數(shù)振動和自激振動四類。

    （3）離心機(jī)是一種回轉(zhuǎn)機(jī)械。在理想情況下，回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時與不旋轉(zhuǎn)時，對軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的。這樣的回轉(zhuǎn)體是平衡的回轉(zhuǎn)體。但工程中的各種回轉(zhuǎn)體，比如離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓，螺旋輸送器等零部件，由于材質(zhì)的不均勻或毛坯缺陷，在加工或裝配中產(chǎn)生的誤差，使得回轉(zhuǎn)體在以一定的轉(zhuǎn)速ω旋轉(zhuǎn)時，其上每個微小質(zhì)點產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消。這樣，以交變的離心慣性力為激勵，通過軸承作用于機(jī)械及其基礎(chǔ)上，就產(chǎn)生了振動。因此，離心機(jī)的振動是由離心慣性力引起的受迫振動。

    （4）偏心質(zhì)量引起的受迫振動計算式。設(shè)離心機(jī)偏心質(zhì)量為m。，偏心距為r，離心機(jī)的等效質(zhì)量為m，角速度為ω，則偏心質(zhì)量引起的離心慣性力為：F。=m。rω2其在豎直方向的分力，即為垂直激振力：

          

    由④式可以看出，對于生產(chǎn)上穩(wěn)定運行的離心機(jī)，系數(shù)k、c是固定不變的。在排除進(jìn)料波動的情況下，m和ω也可認(rèn)為是常數(shù)，則振幅x與偏心質(zhì)量m。和偏心距r的乘積成正比。由此也可得出結(jié)論：在線運轉(zhuǎn)的離心機(jī)異常振動或振動烈度數(shù)值超標(biāo)，只與不平衡量（m。r）有關(guān)，并且隨著不平衡量的增大而增大。

    3.引發(fā)離心機(jī)異常振動常見的原因

    ①基礎(chǔ)的緊固螺栓松動。②離心機(jī)進(jìn)料波動。③離心機(jī)經(jīng)過長期運轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁或螺旋輸送器葉片上附著一層沉積的PVC物料垢層，從而造成離心機(jī)動平衡的喪失。④離心機(jī)在運轉(zhuǎn)過程中，通過電機(jī)帶動皮帶輪旋轉(zhuǎn)，皮帶輪通過轉(zhuǎn)鼓將扭矩傳遞給差速器外殼；差速器輸出軸以一定的速比將扭矩傳遞給螺旋輸送器。螺旋輸送器葉片不斷地將沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的PVC固體物料刮下并推入濾餅出口。在此過程中，螺旋輸送器一直受到來自PVC固體物料的軸向力，此軸向力是通過來自皮帶輪側(cè)的推力軸承來平衡的。在長期運轉(zhuǎn)過程中，特別是在變負(fù)荷工況條件下運行時，極易造成推力軸承的磨損。如果推力軸承磨損量達(dá)到一定程度，會造成螺旋輸送器的軸向串動，從而引發(fā)異常振動。⑤在螺旋輸送器傳動軸和轉(zhuǎn)鼓頭之間安裝有滑動銅套，該銅套外壁與轉(zhuǎn)鼓頭內(nèi)壁為過盈配合，隨轉(zhuǎn)鼓同速旋轉(zhuǎn)。該銅套與螺旋輸送器傳動軸之間存在速度差，形成一對磨擦副。在長期運轉(zhuǎn)過程中，該銅套的磨損量逐漸增大。該磨損量達(dá)到一定程度，會造成螺旋輸送器和轉(zhuǎn)鼓的同軸度變差，從而也引發(fā)異常振動。經(jīng)驗表明，該銅套為易損件，應(yīng)該每年更換。⑥主軸承的磨損也會造成離心機(jī)振動增大。

    4.異常振動的原因及故障部位的判定

    既然離心機(jī)常見異常振動的誘因有上述幾種，那么具體到上文所述離心機(jī)的振動值的增大，確切原因是什么呢？結(jié)合其他數(shù)據(jù)，我們逐個進(jìn)行分析判斷。

    首先，可用力矩扳手，對地腳螺栓是否松動，預(yù)緊力是否均勻，做逐個確認(rèn)。現(xiàn)場測試結(jié)果，表明地腳螺栓未松動，預(yù)緊力均勻，該原因可以排除。第二，由離心機(jī)進(jìn)料流量計顯示數(shù)值和離心機(jī)主電機(jī)電流顯示值，表明離心機(jī)進(jìn)料未波動。第三，將離心機(jī)進(jìn)料操作暫停，改為沖水操作，2小時后，振動數(shù)值仍在不正常范圍，未見好轉(zhuǎn)跡象。這表明：離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓或螺旋輸送器上新粘附PVC物料頑固性垢層的可能性不大；若有垢層也是以前在運行中逐漸粘附的，這在影響離心機(jī)振動的多種因素中不是關(guān)鍵性的。第四，主軸承的溫度：進(jìn)料側(cè)56℃，差速器側(cè)53℃，與振動值在正常范圍時相比，未見明顯升高。故主軸承磨損的可能性也可排除。

    推力軸承的磨損量以及滑動銅套的磨損量是否超標(biāo)，必須將離心機(jī)解體后才能進(jìn)一步判斷。

    5.拆檢離心機(jī)的現(xiàn)象及測量數(shù)據(jù)

    按照“離心機(jī)檢修操作規(guī)程”和已往的經(jīng)驗，我們對離心機(jī)進(jìn)行解體，并對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。

    （1）如圖2所示，推力軸承1有明顯磨損，磨損量達(dá)0.06mm。同時發(fā)現(xiàn)軸承壓蓋3和皮帶輪2之間在緊固狀態(tài)下間隙（圖中粗線處）為零。也就是說，在運行狀態(tài)下，推力軸承和軸承壓蓋之間可能存在軸向間隙，從而有可能引發(fā)螺旋輸送器的軸向串動。

                    

    （2）分別測量滑動銅套內(nèi)徑和相對應(yīng)的螺旋輸送器傳動軸外徑的尺寸，獲得銅套間隙尺寸為，差速器側(cè)：δ=0.93；入料側(cè)：δ=1.4，明顯大于標(biāo)準(zhǔn)上限值0.5，顯然兩側(cè)銅套磨損量均過大。

    （3）在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁和螺旋輸送器葉片上發(fā)現(xiàn)有頑固性PVC物料垢層，厚度約0.8~1.2mm，分布較均勻，但清理困難。

    （4）主軸承未見磨損。

    （5）其他傳動件包括差速器未見異常。

    6.維修過程

    針對離心機(jī)在拆檢過程中發(fā)現(xiàn)的問題，我們進(jìn)行了如下處理。

    （1）對主軸承和差速器進(jìn)行清洗檢查，并更換差速器內(nèi)齒輪油。

    （2）清理轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁和螺旋輸送器葉片上的PVC物料垢層。

    （3）更換推力軸承2套，另外在安裝過程中發(fā)現(xiàn)軸承壓蓋在緊固狀態(tài)時與皮帶輪間隙太小(約0.04mm)。為了確保運行狀態(tài)下推力軸承外圈被頂緊(在充分考慮了各材料線膨脹量的前提下)對軸承壓蓋內(nèi)表面進(jìn)行了車削加工，使上述間隙增大到0.2mm左右。

    （4）更換差速器側(cè)和進(jìn)料側(cè)銅套并進(jìn)行機(jī)械加工，使銅套內(nèi)徑與相應(yīng)的螺旋輸送器傳動軸外徑間的間隙，控制在0.5mm經(jīng)驗值以內(nèi)，并涂抹足夠的EP2潤滑脂。

    （5）按相應(yīng)的順序?qū)Ω髁悴考M(jìn)行回裝。

    （6）更換主軸承油箱內(nèi)潤滑油。

    7.試運行情況

    離心機(jī)檢修完成后，我們進(jìn)行了試運行。在控制主電機(jī)電流165A條件下運行6小時，振動數(shù)值見表2：

             

    從上表可以看出，檢修后離心機(jī)振動數(shù)值明顯減小并在正常范圍以內(nèi)。

    8.結(jié)束語

    振動異常是離心機(jī)的常見故障，也是所有轉(zhuǎn)動設(shè)備不可回避的問題。此次檢修，使離心機(jī)運行狀況大為改觀，取得了明顯的效果，達(dá)到了預(yù)期的目的，并且在隨后的生產(chǎn)運行中，狀態(tài)穩(wěn)定，未發(fā)生振動超標(biāo)現(xiàn)象。同時，該問題的解決也為類似的問題提供了思路。

    參考文獻(xiàn)

    [1]屈維德，唐恒齡，等.機(jī)械振動手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000，4

    [2]岳愉，程光旭，叢敬同.化工機(jī)械力學(xué)基礎(chǔ)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1991，6