臥螺沉降式離心機振動原因分析

劉宏祥

（杜邦雙匯漯河食品有限公司，河南 漯河 462000）

臥螺沉降式離心機應(yīng)用廣泛。如果離心機使用過程中振動過大，會引起轉(zhuǎn)鼓提前疲勞破壞，連接螺栓松動斷裂，甚至差速器從轉(zhuǎn)鼓上分離，造成事故。還會引起強烈的地板振動，影響建筑物的使用壽命。在實踐中經(jīng)常出現(xiàn)的離心機設(shè)備的事故都與振動有關(guān)。因此，研究離心機的振動是一項很有實際意義的工作。

一、離心機轉(zhuǎn)子的組成

臥螺離心機的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)鼓、差速器、帶輪和螺旋推料器組成。差速器外殼和帶輪被固定在轉(zhuǎn)鼓上，組成一個轉(zhuǎn)子；螺旋推料器在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔通過花鍵軸和另一個帶輪及差速器內(nèi)部組件形成另一個轉(zhuǎn)子。兩個轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)差繞同一軸心線同向旋轉(zhuǎn)，差轉(zhuǎn)速一般為2～28r／min。這樣即構(gòu)成了一個由帶輪、差速器、轉(zhuǎn)鼓組成的轉(zhuǎn)子A部分以及由螺旋推料器等組成的轉(zhuǎn)子B部分的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)見圖1。

二、振動原因分析

離心機的振動原因有很多，根據(jù)離心機振動特點和每次振動的相關(guān)因素，對離心機振動的影響因素做以下分析和總結(jié)。表1列出離心機振動的原因。

對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動的原因進行分析：

1．有的品牌離心機初始安裝的空車運行振動值非常小，而有的離心機空車運行的振動值就比較大。振動與設(shè)備的制造質(zhì)量有關(guān)，關(guān)鍵是離心機轉(zhuǎn)子的動平衡不好。國外一些廠家在動平衡校驗時，要求轉(zhuǎn)子動平衡偏差＜3g，實際校驗在2g以內(nèi)。以某LW5000型離心機為例，如果轉(zhuǎn)鼓上某點的質(zhì)量偏差為5g，額定轉(zhuǎn)速為3 550r/min，轉(zhuǎn)鼓直徑500mm，則 偏 心 力 為 F=mrω2=5 ×10-3×0.25× (3 550/60 ×2×3.14)2=173kg。由此可見，轉(zhuǎn)子上某點很小的質(zhì)量偏差，就會產(chǎn)生很大的偏心力。這個偏心力正是產(chǎn)生振動的根本原因。

表1

圖1 臥螺沉降式離心機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

2.離心機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁如果未清洗干凈，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的集料就會在停機時慢慢沉積在轉(zhuǎn)鼓一側(cè)，再次開機時就會產(chǎn)生很大的振動，甚至報警停機。如果停機時間過長，物料已經(jīng)變性粘接，只有拆開清洗處理。在拆開轉(zhuǎn)鼓時發(fā)現(xiàn)螺旋推料器的進料室也堆積較多時，就應(yīng)該對進料室進行清理。

3.如果物料黏度過大，流動性差，或者進料量過大，物料不能及時排出，這時物料會沿著螺旋道堆積，也造成一定的偏心力。

4.由于軸承的磨損，軸承間隙過大，在徑向自由度加大，即使是一種很小的激振力，也會引起明顯的整機振動。

5.轉(zhuǎn)鼓在裝配過程中，由于裝配結(jié)合面處理不同或裝配環(huán)境差異，影響了裝配精度。表現(xiàn)為轉(zhuǎn)鼓各裝配段的徑向跳動過大，造成轉(zhuǎn)鼓的動平衡偏差大，從而引起離心機振動偏大。

6.內(nèi)膛螺旋各點的磨損程度也不同，特別是大錐角段螺旋的磨損尤為嚴重，不均勻的磨損造成了各個部位的質(zhì)量偏差，造成整個離心機的振動加大。

三、振動問題解決方案

國產(chǎn)離心機在開始安裝時振動值就較大，振動平均值在10mm/s以上。2008年10月12日，單向瞬時振動值最高達到23.5mm/s。設(shè)備技術(shù)人員組織起來共同分析離心機振動的原因，制定了如下解決振動的計劃：①通過工藝調(diào)整，解決螺旋推料不平衡問題。②調(diào)整清洗工藝，解決轉(zhuǎn)鼓內(nèi)清洗不干凈的問題。③重新對轉(zhuǎn)子校驗動平衡，解決離心機轉(zhuǎn)鼓動平衡偏差問題。④做好預(yù)防性維修，制訂離心機年度維修計劃和設(shè)備停車時的盤車計劃。

四、采取措施

分析螺旋推料不平衡的主要原因為物料黏度過大，渣料不能及時排出，造成物料在螺旋道內(nèi)堆積，形成局部偏載，導(dǎo)致不平衡振動。采取的措施是，通過試驗找出一套合適的工藝參數(shù)，寫入操作程序并進行培訓(xùn)，各個班次按照統(tǒng)一的操作方法操作，避免了工藝偏差造成的離心機振動。

設(shè)備清洗后對離心機內(nèi)膛出渣口進行再檢查，發(fā)現(xiàn)每次總有一些殘留的物料粘附在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁上，根據(jù)多次清洗記錄，對比清洗時間、溫度、清洗液的濃度、清洗頻率，總結(jié)出一套比較合理的清洗工藝。經(jīng)過各個班次的運行改進，解決了轉(zhuǎn)鼓內(nèi)清洗不干凈的問題。

為了防止內(nèi)膛螺旋的進料室集料清洗不干凈，在進料管外層增加一層清洗用的夾層套管，在正常運行過程中定時對內(nèi)膛沖洗工藝水，使進料室的物料及時排出，防止長時間堆積物料變性結(jié)塊，清洗不下來。清洗時同樣通過夾層套管和進料管將清洗液沖洗到進料室的各個方位，有效防止了清洗死角的產(chǎn)生。

在采用以上方法之后，離心機仍然振動較大。為此也返廠檢修，進行平衡。效果并不明顯。為此查閱了關(guān)于動平衡校驗的相關(guān)資料，學(xué)習(xí)了日本、德國等一些國外廠家校驗動平衡的經(jīng)驗，最后制定了一套動平衡校驗的標準。主要方法是：先對轉(zhuǎn)鼓進行動平衡校驗，要求在轉(zhuǎn)鼓外徑上的各個段質(zhì)量偏差在3g以內(nèi)。再對推料螺旋進行動平衡校驗，要求在推料螺旋外徑上的各段質(zhì)量偏差在3g以內(nèi)。將轉(zhuǎn)鼓和內(nèi)螺旋組裝起來后，做一次總體的動平衡，轉(zhuǎn)子各個段的質(zhì)量偏差在5g以內(nèi)。按照這個標準校驗的兩臺設(shè)備，主軸承各個方向的振動值均在4mm/s以內(nèi)，比同類型大小的進口離心機振動值還小。

為了避免停車后重新啟動時，因轉(zhuǎn)鼓自然下垂引起的離心機振動，每次停車超過24h，都對離心機進行盤車，目的是防止轉(zhuǎn)鼓的自然變形引起振動。

根據(jù)年度的維修計劃，每年對離心機的全套軸承和密封進行更換，避免因為軸承磨損引起整機振動，同時也避免因為密封磨損造成的軸承內(nèi)進水，加速軸承的磨損。消除了因為軸承磨損引起離心機振動的因素。

圖2 2008年3月SBC116維修前振動頻譜圖

圖3 2010年8月SBC116維修后振動頻譜圖

五、效果對比

該離心機于2007年開始投入使用，運行后振動值一直在10mm/s以上，運行幾個月后，振動值就超出了出廠時的振動標準。廠家先后多次到現(xiàn)場處理振動問題，也用移動式動平衡儀在現(xiàn)場做過兩次動平衡測試，問題仍未解決。直到2009年公司采用根本原因分析法，制訂了上述的解決方案和返廠維修的技術(shù)要求，要求廠家嚴格按照公司的方法步驟校驗動平衡，并由專人跟蹤處理結(jié)果。

圖2為SBC116離心機維修前2008年3月的主軸承垂直振動頻譜圖，平均振動值為15mm/s，水平振動和垂直振動基本相同。二者都超過了出廠標準。圖3是SBC116離心機維修后2010年8月的垂直振動頻譜圖，振動平均值為3.5mm/s。

我國行業(yè)標準規(guī)定：臥螺離心機零部件（指旋轉(zhuǎn)部件）動平衡精度等級為G6.3級，整機的振動烈度指標空載為7.1mm/s、負載為11.2mm/s。經(jīng)過校驗動平衡，運行8個月后，帶載運行時，兩端軸承水平振動烈度最大值為5.0mm/s，兩端主軸承垂直振動最大值為4.0mm/s。動平衡效果優(yōu)于國家標準。

[1]鄭榮惠.沉降式離心機振動故障與對策 [J].機械工程學(xué)報，1994，30（1）.

[2]李力峰，王進澤.沉降式離心機振動原因分析 [J].煉油與化工，2003，14 （4）.