三足式離心機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的監(jiān)控

【摘要】三足式離心機(jī)廣泛應(yīng)用于輕工、化工、醫(yī)療以及冶金工業(yè)等生產(chǎn)部門，是從溶液中分離出晶體或固體顆粒的一種設(shè)備。該型離心機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性，取決于被分離液體的透水性。對(duì)于透水性良好的物料，進(jìn)入篩欄后往往分布不均形成偏載，由此產(chǎn)生的離心力構(gòu)成了對(duì)離心機(jī)機(jī)體運(yùn)行的擾動(dòng)力源，當(dāng)此力源強(qiáng)度隨偏載量達(dá)到一定程度后，機(jī)體將產(chǎn)生傾翻，離心機(jī)將出現(xiàn)運(yùn)行失穩(wěn)，這種現(xiàn)象已成為三足式離心機(jī)運(yùn)行中的一個(gè)急需解決的問題。

【關(guān)鍵詞】三足離心機(jī)；失穩(wěn)；監(jiān)控

The Monitoring Of Running Stability

For The Tripod Type Centrifuge

Xuhan

（Yingkou Professional technical institute，liaoning，Yingkou 115000）

Abstract： The tripod type centrifuge is widely used for the production department of light industry， chemical industry， medicine and metallurgy etc. It is a kind of equipment which is used to separate solid particles or crystals from solutions or mixed liquid. The running stability of this kind of centrifuge is depended on the water-penetrability of separated liquid. To a liquid with good water-penetrability， materials have entered onto a screen grate which always carries an eccentric load by reason of an uneven distribution，so that the suspended materials have created the disturbing dynamic source of centrifuge caused by centrifugal forces. When the disturbing forces have increased with the eccentric load of materials to reach at a certain degree， the suspended materials， will tumble down and the centrifuge will appear unstable in running state. This phenomenon has become a problem child of tripod type centrifuge.

Key words： The tripod type centrifuge unstability monitoring

In picture classification number： N8 Document identification yard： A Article number：

一、問題的提出

三足式離心機(jī)廣泛應(yīng)用于輕工、化工、醫(yī)療以及冶金工業(yè)等生產(chǎn)部門，靠離心力場(chǎng)從溶液或混合液中分離晶體或固體顆粒，完成固液兩相分離的機(jī)械設(shè)備。目前企業(yè)中通常使用的三足式離心機(jī)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。離心機(jī)轉(zhuǎn)子6裝于機(jī)架2上，由2與6組成的機(jī)體通過三只球鉸吊桿3懸掛在機(jī)座1上，壓力彈簧4給機(jī)架支點(diǎn)以壓力，當(dāng)物料進(jìn)入篩欄5之后，根據(jù)物料的透水性，物料在離心力場(chǎng)由（電機(jī)7驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子6）和重力場(chǎng)作用下，可有兩種分布狀態(tài)如圖2中1.2線所示。對(duì)于透水性好的材料，例如聚乙烯脂溶液，其分布凹凸不均的狀態(tài)，形成偏載如圖中1線。相反，對(duì)于透水性不好的物料則分布均勻如圖中2線。生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)分離透水性好的物料諸如化工廠生產(chǎn)的助劑，輕工廠生產(chǎn)的味精，都由于布料不均而出現(xiàn)偏載，而且當(dāng)偏載量達(dá)到一定程度后，在相應(yīng)的離心力作用下，導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生相應(yīng)的傾翻，出現(xiàn)離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的失穩(wěn)，通常稱之為振車。這時(shí)，機(jī)體同吊桿之間產(chǎn)生沖擊，發(fā)出巨大的聲響，并引起廠房結(jié)構(gòu)的晃動(dòng)，污染生產(chǎn)環(huán)境，給機(jī)器使用壽命造成威脅，特別是化工企業(yè)，由于工藝流程的要求，離心機(jī)往往被按裝在廠房建筑的高層結(jié)構(gòu)上，在這種場(chǎng)合下，振車的危害尤為嚴(yán)重。

本文的工作在于對(duì)當(dāng)前運(yùn)行中的各型號(hào)離心機(jī)的振車尋求合理的監(jiān)測(cè)特征，對(duì)機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)作連續(xù)監(jiān)視。如果偏載量過大，在機(jī)器尚未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速就已出現(xiàn)了振車，這種情況下通過本文的監(jiān)視系統(tǒng)，在出現(xiàn)振車之前將離心機(jī)導(dǎo)入“特殊運(yùn)行制度”，以期控制擾力水平，保證離心機(jī)不出現(xiàn)振車，使離心機(jī)的運(yùn)行經(jīng)常處于穩(wěn)定狀態(tài)。

二、檢測(cè)特征的選定

1.離心機(jī)機(jī)體運(yùn)動(dòng)規(guī)律

為防止發(fā)生振車，必須對(duì)離心機(jī)做運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別，而狀態(tài)的識(shí)別要以機(jī)器的運(yùn)行規(guī)律為基礎(chǔ)。首先為從理論上闡明機(jī)器的運(yùn)行規(guī)律，將圖1所示的離心機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立圖3（b）所示的力學(xué)模型。

這里略去了機(jī)體的彈性，而視機(jī)體為剛體，假定機(jī)器的阻尼為粘性阻尼，在建立微分方程時(shí)略去二階微量。圖3（a）是機(jī)器吊桿的實(shí)際詳細(xì)結(jié)構(gòu)。吊桿上端支承在坐于機(jī)座1上的半球坐墊7上，下端通過墊板5、銷板6與機(jī)體2耳孔相連接，吊桿3外面的彈簧4受吊桿尺寸的影響其剛度遠(yuǎn)小于吊桿剛度，形成不等剛度的約束。根據(jù)機(jī)器的實(shí)際結(jié)構(gòu)可得如圖3（b）所示的力學(xué)模型?？紤]到吊桿兩端的約束情況，在微幅震動(dòng)中，確定機(jī)體位置的獨(dú)立坐標(biāo)選為繞上球鉸擺動(dòng)的X與Y方向的擺角φx與φy；繞通過質(zhì)心的坐標(biāo)X、Y、Z轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角α、β、γ；沿Z軸位移Z等六個(gè)量。這里認(rèn)為質(zhì)心與機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合。在求出系統(tǒng)的功能T、勢(shì)能U、耗散函數(shù)R以及廣義力之后根據(jù)拉格朗日方程得出機(jī)體振擺的微分方程組如下。

式中μ表示阻尼系數(shù)，K表示吊桿與壓力彈簧的剛度和；E表示吊桿到Z軸的平均距離；J表示機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；l表示吊桿長(zhǎng)度；g表示重力加速度；ω表示轉(zhuǎn)鼓角速度；t表示時(shí)間，其余符號(hào)見圖3。

以上方程組中的一、二、五及六等四個(gè)式子是獨(dú)立的非耦聯(lián)的，第三、四兩式是耦聯(lián)的，其解：

其中引用的符號(hào)如下：

上述方程證明，沿x與y方向擺動(dòng)的固有頻率ωnφx與ωnφy是相等的，根據(jù)機(jī)器結(jié)構(gòu)，其值為4.7Hz，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速為280rpm；繞Z軸的扭擺頻率ωnr大于40Hz其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速大于2400rpm；繞Y、X軸及沿Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)與平動(dòng)的頻率ωnβ、ωnγ及ωnz分別大于58Hz、67Hz及92Hz對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速分別為3500rpm、4000rpm及5500rpm。目前運(yùn)行中的三足式離心機(jī)其額定轉(zhuǎn)速為900rpm，顯然，離心機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)升速過程中，其機(jī)體要經(jīng)過最低兩階的固有頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。由于ωnφx與ωnφy是等頻，故而表現(xiàn)出機(jī)體只跳過一個(gè)共振點(diǎn)之后就穩(wěn)定運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速上，這已被離心機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值所證實(shí)。這說明振車的出現(xiàn)并非機(jī)體共振引起的，而是由于偏載過大所引起的大的離心力決定的，后者是主要因素。

2.離心機(jī)運(yùn)行失穩(wěn)的條件

根據(jù)圖3（a）所示結(jié)構(gòu)，當(dāng)機(jī)體在偏載引起的離心激勵(lì)下，為機(jī)體的耳孔與吊桿下支點(diǎn)的墊板之間的壓力為零時(shí)就是運(yùn)行失穩(wěn)的臨界狀態(tài)，這時(shí)吊桿應(yīng)力亦為零。這個(gè)條件可寫成：

式中Zkw—吊桿在機(jī)體與物料重量以及彈簧力作用下產(chǎn)生的靜變形。

對(duì)于某一偏載量，上式右端項(xiàng)隨離心機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，其各項(xiàng)的代數(shù)和在Z軸的正方向的值等于Zkw時(shí)，是出現(xiàn)振車的臨界條件。如果小于Zkw機(jī)器運(yùn)行穩(wěn)定，反之，則運(yùn)行失穩(wěn)。

3.檢測(cè)特征的確定

為了監(jiān)控機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，以機(jī)體耳孔處的位移作為診斷特征是最好的，這種直接診斷不受其他因素影響，不產(chǎn)生判斷失誤，但是這給信息的獲取帶來了一定的困難，監(jiān)控不易實(shí)現(xiàn)。因此我們通過間接診斷檢測(cè)吊桿應(yīng)力σk，以吊桿應(yīng)力作為檢測(cè)特征。如前所述，當(dāng)?shù)鯒U下端墊板與耳孔開始脫離接觸，應(yīng)力σk就下降為零。我們采用電阻應(yīng)變片通過吊桿應(yīng)力來獲取機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的信息，實(shí)現(xiàn)間接診斷是方便且可行的。

為了提高監(jiān)控的精確度，排除間接診斷各影響因素，必須嚴(yán)格控制三根吊桿和三只壓力彈簧的幾何尺寸及動(dòng)特性的一致性。另外，機(jī)體的總重量中還包括物料的重量，而每次裝入篩欄的量也不是恒定的，勢(shì)必影響吊桿應(yīng)力，但是，物料重量所占的比例不大，且每次裝料的差異與物料重量相比又較小，其偏差小于機(jī)體重量的5%。

此外，離心機(jī)運(yùn)行失穩(wěn)的出現(xiàn)，是在每次升速過程中發(fā)生的，而且裝料偏載量又是隨機(jī)的，因此必須進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。

三、結(jié)束語

本文提出的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于解決分離透水性良好物料時(shí)出現(xiàn)的振車問題是切實(shí)可行的，符合離心機(jī)操作者在處理振車問題時(shí)所采取的應(yīng)急措施的習(xí)慣。該系統(tǒng)既可保證離心機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，又可保證分離作業(yè)的工藝要求。

本監(jiān)控系統(tǒng)，考慮到實(shí)施的成本，人的因素參與了操作。當(dāng)然還可以提高監(jiān)控水平，例如“特殊運(yùn)行制度”運(yùn)行時(shí)的作業(yè)時(shí)間的控制問題，可以根據(jù)監(jiān)控信息實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)。