臥式螺旋沉降式離心機(jī)振動(dòng)失效的原因及解決實(shí)例
技術(shù)支持
1 離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)
河北金牛化工公司所用臥式螺旋沉降式離心機(jī)為英國(guó)Thomas Broadbent & Sons公司生產(chǎn)。該離心機(jī)作為23萬(wàn)t/a PVC生產(chǎn)裝置的主要設(shè)備，投用以來(lái)，以其操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行彈性大、性能穩(wěn)定、易損件少、維護(hù)方便等頗受好評(píng)，完全能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。但在生產(chǎn)過(guò)程中，也暴露出一些問(wèn)題，如離心機(jī)的異常振動(dòng)。微小的振動(dòng)對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械來(lái)說(shuō)是不可避免的，也是正常的，但對(duì)于振幅超標(biāo)的異常振動(dòng)，往往會(huì)造成零部件承受過(guò)高的應(yīng)力、支撐軸承的磨損、基礎(chǔ)的松動(dòng)以及緊固件的松弛，嚴(yán)重的甚至?xí)斐蓜?dòng)靜部件的相互摩擦、碰撞，引發(fā)惡性安全事故。
LW1000離心機(jī)主要由電機(jī)、差速器、螺旋輸送器、轉(zhuǎn)鼓、扭矩控制器、進(jìn)料管、外殼、機(jī)座、潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成。
離心機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：
聚氯乙烯漿料：固相粒度0.180～0.120mm；懸浮液中PVC質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤25%；懸浮液密度為1.1～1.2g/cm3；進(jìn)料壓力為0.15～0.30MPa；進(jìn)料溫度≤90℃。
主電機(jī)功率為195kW，主軸承潤(rùn)滑油流量為1～3L/min，轉(zhuǎn)鼓工作轉(zhuǎn)速為1300r/min，差速器差速比為39：1，單機(jī)處理量為10000kg/h。
2 離心機(jī)的振動(dòng)原理
影響振動(dòng)的直接原因是由于系統(tǒng)的激振力和支持系統(tǒng)的動(dòng)剛度發(fā)生變化引起的。在線(xiàn)性系統(tǒng)中，部件呈現(xiàn)的振幅與作用在該部件上的激振力成正比，與其動(dòng)剛度成反比。動(dòng)剛度（Kd）表示部件產(chǎn)生單位位移所需的交變力。其與靜剛度（Kc）的關(guān)系為Kd=Kc/u。靜剛度又稱(chēng)為剛度系數(shù)，表示部件產(chǎn)生單位變形所需的靜力。
從上式可以看出，系統(tǒng)的動(dòng)剛度與其靜剛度成正比，而與動(dòng)態(tài)放大系數(shù)u成反比。當(dāng)激振頻率w趨近于系統(tǒng)的固有頻率wn時(shí)，如果忽略系統(tǒng)阻尼，即u=∞，即使靜剛度Kc很大，動(dòng)剛度Kd也為零。此時(shí)，在不大的激振力作用下，系統(tǒng)也將會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)作共振。
根據(jù)產(chǎn)生共振機(jī)理的不同，可分為支撐系統(tǒng)共振和系統(tǒng)部件共振2種。前者是激振力通過(guò)支撐系統(tǒng)輸入振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)支撐系統(tǒng)自振頻率與激振力頻率相符而產(chǎn)生的一種共振，如軸承在某一方向的自振頻率與激振力頻率相符而產(chǎn)生的共振。后者是振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)某一部件自振頻率與激振力頻率相符而產(chǎn)生的共振，如轉(zhuǎn)子部件在臨界轉(zhuǎn)速時(shí)某一方向的振動(dòng)頻率與激振力頻率相符。這2種共振形式產(chǎn)生的機(jī)理不同，前者是由于支撐動(dòng)剛度降低，在激振力一定時(shí)，使振幅增大。后者是由于部件共振，使振動(dòng)慣性力增大并作用于軸承或基礎(chǔ)，從而使整個(gè)系統(tǒng)振幅增大，這是在支撐動(dòng)剛度不變的情況下，由于激振力增大而引起的。
由以上分析可以得出，實(shí)際生產(chǎn)中有效控制機(jī)組振動(dòng)的方法應(yīng)該從兩方面入手，一是增大系統(tǒng)的動(dòng)剛度，二是減小系統(tǒng)的激振力。
3 離心機(jī)異常振動(dòng)的常見(jiàn)原因
（1）運(yùn)行中的轉(zhuǎn)動(dòng)部件上可能附著質(zhì)量部分不均勻的塑化物，使轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量沿旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)分布不均勻，使處于平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)動(dòng)件上形成過(guò)大的殘余不平衡質(zhì)量。質(zhì)量不平衡所產(chǎn)生的離心力始終作用在轉(zhuǎn)動(dòng)部件上，主軸每旋轉(zhuǎn)一周，就在軸承的某一側(cè)點(diǎn)產(chǎn)生一次振動(dòng)響應(yīng)。
（2）離心機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，螺旋輸送器葉片不斷地將沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的固體物料刮下并推入濾餅出口。在此過(guò)程中，螺旋輸送器一直受到來(lái)自固體物料的軸向推力，此軸向力是通過(guò)推力軸承來(lái)平衡的。在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，特別是在變負(fù)荷工況條件下運(yùn)行時(shí)，極易造成推力軸承的磨損。如果軸承磨損量達(dá)到一定程度，會(huì)造成螺旋輸送器的軸向串動(dòng)，從而引發(fā)異常振動(dòng)。
（3）支撐剛度不夠或主軸承裝配不良也會(huì)造成離心機(jī)的異常振動(dòng)。轉(zhuǎn)軸是在軸承上旋轉(zhuǎn)的，當(dāng)軸承結(jié)構(gòu)不良或剛度不夠時(shí)，轉(zhuǎn)軸稍有不平衡，必將引起很大的振動(dòng)。轉(zhuǎn)軸支撐剛度變化與以下因素有關(guān)：主軸承安裝位置偏差或預(yù)緊力不足；軸承座結(jié)構(gòu)單薄、剛度不夠，軸承稍受到不平衡外力，就會(huì)產(chǎn)生較大的變形，造成機(jī)組的振動(dòng)。
（4）在螺旋輸送器傳動(dòng)軸和轉(zhuǎn)鼓空心軸之間，安裝有耐磨軸瓦。軸瓦的耐磨性能、潤(rùn)滑性能以及裝配偏差對(duì)機(jī)組的振動(dòng)影響很大。特別是在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)以后，軸瓦的磨損量比較大，該磨損量達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)造成螺旋輸送器和轉(zhuǎn)鼓的同軸度變差，轉(zhuǎn)子上很小的不平衡質(zhì)量便會(huì)引發(fā)機(jī)組的異常振動(dòng)。
（5）主軸承潤(rùn)滑不良或磨損也會(huì)造成離心機(jī)振動(dòng)增大。曾發(fā)生過(guò)由于潤(rùn)滑油泵吸入口過(guò)濾器堵塞，造成潤(rùn)滑油流量降低。由于其他條件限制，機(jī)組未能及時(shí)停車(chē)檢修，維持運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，主軸承溫度升高，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)明顯偏大。
（6）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的選擇對(duì)機(jī)組共振轉(zhuǎn)速有明顯的影響。在共振轉(zhuǎn)速附近，部件振幅和轉(zhuǎn)速的關(guān)系是由振動(dòng)系統(tǒng)阻尼和激振力決定的。座落在水泥基礎(chǔ)上的機(jī)組要比座落在鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的阻尼大得多，因此在同樣激振力作用下，前者振幅要比后者小得多。
（7）機(jī)組減震器的安裝位置、旋緊狀態(tài)、連接螺栓的緊固狀態(tài)以及進(jìn)料流量、壓力等參數(shù)的波動(dòng)，也是造成離心機(jī)異常振動(dòng)的重要因素。
4 離心機(jī)振動(dòng)失效實(shí)例
某離心機(jī)發(fā)生異常振動(dòng)，起初，離心機(jī)振動(dòng)數(shù)值間歇性地增大，同時(shí)伴隨有周期性低頻的轟鳴聲，噪聲增大。在相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，測(cè)得主軸承座振動(dòng)數(shù)值較正常狀態(tài)大3～4倍。隨著運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)，振動(dòng)高限報(bào)警次數(shù)增多，頻率加大，運(yùn)轉(zhuǎn)情況惡化，離心機(jī)被迫停運(yùn)。
運(yùn)轉(zhuǎn)期間，潤(rùn)滑油流量正常，主軸承溫度正常，進(jìn)料流量、壓力有微小波動(dòng)，基本正常。用力矩扳手對(duì)各連接螺栓特別是基礎(chǔ)螺栓進(jìn)行逐個(gè)檢查，未見(jiàn)松動(dòng)跡象，預(yù)緊力正常，減震器安裝位置、旋緊狀態(tài)正常。
根據(jù)機(jī)組的上述現(xiàn)象和外觀檢測(cè)，基本上可以排除基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、減震器、連接螺栓、主軸承的磨損以及進(jìn)料的波動(dòng)等因素導(dǎo)致的離心機(jī)異常振動(dòng)。焦點(diǎn)集中在機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)件上，特別是螺旋輸送器推力軸承以及耐磨軸瓦等易損件，是否破損需要機(jī)組解體后進(jìn)一步確認(rèn)。當(dāng)然，也不能排除由于內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)件上可能附著的不均勻的塑化物，所導(dǎo)致的機(jī)組振動(dòng)失效。
經(jīng)拆檢機(jī)組內(nèi)部零部件，發(fā)現(xiàn)下列現(xiàn)象。
（1）推力軸承有明顯磨損痕跡，磨損量達(dá)0.05mm，同時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承壓蓋和皮帶輪之間在緊固狀態(tài)下的間隙為零。也就是說(shuō)，在運(yùn)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(dòng)。
（2）通過(guò)分別測(cè)量軸瓦內(nèi)徑和對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)軸外徑尺寸，得出配合間隙為1.35mm，明顯大于制造商提供的標(biāo)準(zhǔn)上限值0.5mm，顯然，軸瓦磨損量過(guò)大。
（3）轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁和螺旋輸送器葉片上發(fā)現(xiàn)有少量PVC塑化物垢層，厚度約0.5～1.0mm，分布比較均勻。根據(jù)實(shí)測(cè)，可以判斷出該塑化物不是導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)失效的主要原因。
（4）進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，主軸承未見(jiàn)磨損跡象，其他轉(zhuǎn)動(dòng)件，如轉(zhuǎn)鼓、輸料螺旋、差速器等均未見(jiàn)異常。
根據(jù)拆檢結(jié)果，該機(jī)組振動(dòng)失效的主要原因有2個(gè)，其一是推力軸承磨損造成的輸料螺旋的軸向位移；其二是軸瓦的過(guò)度磨損造成的主軸質(zhì)心的偏移。更換受損部件后，機(jī)組的振動(dòng)指標(biāo)恢復(fù)正常。
5 離心機(jī)的操作和維護(hù)
離心機(jī)的操作應(yīng)該嚴(yán)格按照制造商提供的《使用和維護(hù)手冊(cè)》進(jìn)行，特別注意的是，要做好開(kāi)停車(chē)或物料改型過(guò)程中的清洗，避免內(nèi)部傳動(dòng)部件的積料、塑化。另外，盡量避免負(fù)荷的頻繁波動(dòng)，特別是產(chǎn)品型牌號(hào)的頻繁改型。
離心機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)主要是做好定期潤(rùn)滑工作。包括及時(shí)更換潤(rùn)滑油、加注潤(rùn)滑脂和檢查清洗油泵過(guò)濾器。
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