張文東

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

    摘要：在聚氯乙烯生產中，離心機最常見的問題是異常振動，本文從離心機的結構、性能參數、振動原理幾個方面進行分析，并結合本廠的生產實際情況，提出方案，最終解決了離心機異常振動的問題，為轉動設備類似問題的解決提供了新的思路。

    關鍵詞：離心機

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

    1.離心機的結構、主要技術參數

    （1）離心機的主要技術參數如下。規格：1000*1500mm；處理能力：10T/h（出口水份≤25%Wb）；電機功率：195KW；轉速：

    1500rpm 4極；轉鼓轉速：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、扭矩和過載保護探測器在線監測。任何一個參數超標，則離心機保護性停車。

    （2）離心機的結構示意圖如圖1所示。

    以我廠離心機于2007年7月中旬發生異常振動為例說明：

    （1）最初離心機振動曲線突然增大（一般為穩定運轉值的1.5~2倍）。引發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。在相對穩定運行時，測得主軸承振動數值如表1：

            

    2.離心機在生產過程中的異常振動現象和原理分析

    2.1離心機在生產中的異常振動現象以我廠離心機于2007年7月中旬發生異常振動為例說明：

    （1）最初離心機振動曲線突然增大（一般為穩定運轉值的1.5~2倍）。引發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。在相對穩定運行時，測得主軸承振動數值如表1。

          

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

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

    一般從離心機振動曲線突然增大，到被迫停運，經驗數據表明不超過4天；如果負荷波動較大，則至多維持運轉2天。

    2.2離心機振動原理分析

    在生產中，表征離心機振動大小的物理量常用振動烈度。

    （1）振動烈度。機器的振動烈度是指回轉體旋轉過程中，在軸承或機座的特定點、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，也與回轉體大小、支承條件、運轉情況等有關系。表1所測數值即為振動烈度數值。

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

    （3）離心機是一種回轉機械。在理想情況下，回轉體旋轉時與不旋轉時，對軸承產生的壓力是一樣的。這樣的回轉體是平衡的回轉體。但工程中的各種回轉體，比如離心機轉鼓，螺旋輸送器等零部件，由于材質的不均勻或毛坯缺陷，在加工或裝配中產生的誤差，使得回轉體在以一定的轉速ω旋轉時，其上每個微小質點產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，通過軸承作用于機械及其基礎上，就產生了振動。因此，離心機的振動是由離心慣性力引起的受迫振動。

    （4）偏心質量引起的受迫振動計算式。設離心機偏心質量為m。，偏心距為r，離心機的等效質量為m，角速度為ω，則偏心質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，對于生產上穩定運行的離心機，系數k、c是固定不變的。在排除進料波動的情況下，m和ω也可認為是常數，則振幅x與偏心質量m。和偏心距r的乘積成正比。由此也可得出結論：在線運轉的離心機異常振動或振動烈度數值超標，只與不平衡量（m。r）有關，并且隨著不平衡量的增大而增大。

    3.引發離心機異常振動常見的原因

    ①基礎的緊固螺栓松動。②離心機進料波動。③離心機經過長期運轉，在轉鼓內壁或螺旋輸送器葉片上附著一層沉積的PVC物料垢層，從而造成離心機動平衡的喪失。④離心機在運轉過程中，通過電機帶動皮帶輪旋轉，皮帶輪通過轉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鼓內壁的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的推力軸承來平衡的。在長期運轉過程中，特別是在變負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到一定程度，會造成螺旋輸送器的軸向串動，從而引發異常振動。⑤在螺旋輸送器傳動軸和轉鼓頭之間安裝有滑動銅套，該銅套外壁與轉鼓頭內壁為過盈配合，隨轉鼓同速旋轉。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。在長期運轉過程中，該銅套的磨損量逐漸增大。該磨損量達到一定程度，會造成螺旋輸送器和轉鼓的同軸度變差，從而也引發異常振動。經驗表明，該銅套為易損件，應該每年更換。⑥主軸承的磨損也會造成離心機振動增大。

    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的振動值的增大，確切原因是什么呢？結合其他數據，我們逐個進行分析判斷。

    首先，可用力矩扳手，對地腳螺栓是否松動，預緊力是否均勻，做逐個確認。現場測試結果，表明地腳螺栓未松動，預緊力均勻，該原因可以排除。第二，由離心機進料流量計顯示數值和離心機主電機電流顯示值，表明離心機進料未波動。第三，將離心機進料操作暫停，改為沖水操作，2小時后，振動數值仍在不正常范圍，未見好轉跡象。這表明：離心機轉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，這在影響離心機振動的多種因素中不是關鍵性的。第四，主軸承的溫度：進料側56℃，差速器側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，必須將離心機解體后才能進一步判斷。

    5.拆檢離心機的現象及測量數據

    按照“離心機檢修操作規程”和已往的經驗，我們對離心機進行解體，并對有關數據進行測量。

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

                    

    （2）分別測量滑動銅套內徑和相對應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：δ=0.93；入料側：δ=1.4，明顯大于標準上限值0.5，顯然兩側銅套磨損量均過大。

    （3）在轉鼓內壁和螺旋輸送器葉片上發現有頑固性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

    針對離心機在拆檢過程中發現的問題，我們進行了如下處理。

    （1）對主軸承和差速器進行清洗檢查，并更換差速器內齒輪油。

    （2）清理轉鼓內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現軸承壓蓋在緊固狀態時與皮帶輪間隙太小(約0.04mm)。為了確保運行狀態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)對軸承壓蓋內表面進行了車削加工，使上述間隙增大到0.2mm左右。

    （4）更換差速器側和進料側銅套并進行機械加工，使銅套內徑與相應的螺旋輸送器傳動軸外徑間的間隙，控制在0.5mm經驗值以內，并涂抹足夠的EP2潤滑脂。

    （5）按相應的順序對各零部件進行回裝。

    （6）更換主軸承油箱內潤滑油。

    7.試運行情況

    離心機檢修完成后，我們進行了試運行。在控制主電機電流165A條件下運行6小時，振動數值見表2：

             

    從上表可以看出，檢修后離心機振動數值明顯減小并在正常范圍以內。

    8.結束語

    振動異常是離心機的常見故障，也是所有轉動設備不可回避的問題。此次檢修，使離心機運行狀況大為改觀，取得了明顯的效果，達到了預期的目的，并且在隨后的生產運行中，狀態穩定，未發生振動超標現象。同時，該問題的解決也為類似的問題提供了思路。

    參考文獻

    [1]屈維德，唐恒齡，等.機械振動手冊[M].北京：機械工業出版社，2000，4

    [2]岳愉，程光旭，叢敬同.化工機械力學基礎[M].西安：西安交通大學出版社，1991，6