三聚甲醛分離用H700K型離心機振動偏大原因淺析

耿成東（四川大學化學工程學院，四川成都 610065）

三聚甲醛分離用H700K型離心機振動偏大原因淺析

耿成東
（四川大學化學工程學院，四川成都 610065）

針對分離三聚甲醛用H700K型離心機投用以來，長期難以解決的離心機振動幅度偏大，分離效果較差等現象，結合使用維護情況進行綜合分析，提出相應的措施及整改思路。

離心機；振動

1　現狀和存在的問題

分離三聚甲醛用H700K型離心機主要由機體、轉鼓/篩網、螺旋刮刀、差速器、離合器、驅動電機、潤滑及沖洗系統組成。其工作原理大致為：三聚母液從進料管進入轉鼓，在離心力的作用下，固體沉積在篩網內壁上。在擺線針式差速器的差動作用下螺旋刮刀與轉鼓之間形成相對運動，利用這一相對運動螺旋刮刀將轉鼓上的固體物料逐漸推出轉鼓，實現自動卸料。

該型號離心機投用以來振動一直較大（達3～6mm/s），嚴重威脅機組的安全和整套裝置的穩定運行。該離心機在高振動工況下運行，導致大量零部件損壞，在累計運行不到1a的時間內，共計大修8次、外送TEMA天津工廠檢驗1次，總計損壞離合器4件、差速器1臺、篩網3張、軸承大量（總價值已超過50萬元）。由于該機組的振動，TEMA公司9次派技術人員到現場尋求解決方案、將整臺離心機送EMA天津工廠檢查1次、按照正常程序大修8次，均未發現振動大的主要原因。

2　振動偏大原因分析

2.1轉子不平衡

由于離心機轉子不平衡，使得離心機轉子轉動時產生不平衡離心慣性力，這種不平衡離心慣性力使得離心機產生有害的高幅振動。當轉子質量中心與回轉軸線中心不重合，即出現偏心時，就會產生慣性離心力，離心力對設備構成諧波激振。若轉子的質量為m（kg），偏心距離e（mm），轉動角速度ω（rad/s）。產生的激振力可表示為：f（t）=meω2sin（ωt）由此可見，旋轉質量的不平衡引起的諧波激振力的圓頻率為轉子的角速度ω，而頻率為f=ω/2π=N（1/s），即為轉子每秒鐘的轉速，激振力的振幅與轉子轉速的平方成正比。

2.1.1回轉部件動平衡精度不夠引起的振動

可將H700K型離心機轉子視為由差速器、螺旋刮刀及轉鼓構成的剛性轉子。如圖1所示。

圖1　離心機轉子結構示意圖

從圖①可看出，其整體為懸臂式結構，動平衡精度不容易保證。做動平衡僅僅是分別平衡裝鼓、螺旋刮刀，平衡過程中由于擔心差速器內的擺線盤擺動而影響平衡試驗效果，未單獨平衡差速器。另外，即使轉鼓、刮刀及差速器動平衡精度均達到要求，但三者組裝后的整體平衡精度是無法保證的。所以推斷：轉子整體平衡精度不夠，不平衡重偏大是導致設備振動偏大的原因之一。

2.1.2進料不均勻引起的振動

在實際生產中，由于物料結晶程度、流量控制不均勻等工藝因素造成實際進料流量不是十分均勻，導致轉鼓所受載荷不恒定而引起振動。

2.1.3轉鼓或刮刀上粘附物料

在運行過程中，轉鼓內壁及篩網縫隙會不同程度沾附物料，這種沾附在轉鼓上的物料是不均勻的，因而造成離心機轉子不平衡，引起離心機振動增大。特別是當晶體增大至一定程度而突然跌落時，不平衡重的陡減（增），必然會導致振動的加劇。

2.1.4轉鼓或螺旋刮刀上部件脫落

在離心運行過程中，多次發生刮料塊斷裂、脫落現象。假設離心機轉子是完全平衡的，即無不平衡重。當離心機轉子上的零部件：內六角螺栓、堵頭、刮料塊等脫落時，勢必嚴重破壞轉子的平衡。

2.2裝配因素

在離心機轉子的裝配過程中，若零部件裝配不到位，轉鼓和刮刀與差速器軸徑配合過盈量不足，在帶負荷工況下緊力不夠而產生轉鼓或刮刀松動。軸承安裝時游隙調整不恰當。若轉子支撐軸承（NU1032ML/C3、6032M/C3）工作游隙偏大，首先會導致主慣性軸偏離旋轉軸中心而引起機器振動，其次較大的軸承游隙在很小的激振力作用下，會產生明顯的軸承振動。兩者振動疊加必然會導致離心機振動的增大。

離心機轉鼓及刮刀與差速器軸頸的配合采用過盈配合。當聯接傳遞轉矩T時，應保證在此轉矩作用下不產生周向滑移。亦即當徑向壓力為p時，在轉矩T的作用下，配合面間所能產生的摩擦阻力矩Mf應大于或等于轉矩T。如公式（1）所示：

式中：

Mf——配合面間所能產生的摩擦阻力矩；

l——配合面的有效配合長度；

p——徑向壓力；

d——配合軸頸公稱直徑；

f——配合面上的摩擦系數

從以上公式可得出：在傳遞一定的載荷，且l、d、f為固定值的情況下，保證有足夠的徑向壓力p才能使Mf大于或等于轉矩T，避免產生周向滑移。

根據材料力學有關厚壁圓筒的計算理論，在徑向壓力為 p時的過盈量為Δ=pd（C1/E1+C2/E2）×103，則由上式可知，過盈聯接傳遞載荷所需的最小過盈量應為：

式中：

Δ——配合過盈量；

p——徑向壓力，可由（1）式推導得出；

E1、E2——被包容件與包容件材料的彈性模量；

C1、C2——被包容件與包容件的剛性系數；

d1、d2——分別為被包容件和包容件的內徑外徑；

μ1、μ2——分別為被包容件與包容件材料的泊松比。對于鋼，μ=0.3；

將（2）式變形推導可得出：配合過盈量Δ的大小直接決定徑向壓力p的大小。綜合公式（1）和（2）可看出：轉鼓及刮刀與差速器軸頸的配合長度、過盈量及配合面的接觸質量對離心機的振動影響很大，裝配時必須保證裝配精度，仔細檢查裝配是否到位。

2.3轉鼓及刮刀跳動的影響

在轉鼓及刮刀裝配后，用百分表分別測量轉鼓、螺旋刮刀跳動分別如表1所示。

表1　刮刀及轉鼓跳動數據　mm

從表①可直觀看出：B線轉鼓徑向跳動較A線大，實際運行過程中，該線的振動值也較高。可初步斷定轉鼓及刮刀徑向跳動對振動有一定運行。

3　主要原因確定

離心機回轉部件動平衡精度不夠。對轉鼓單獨動平衡。由于差速器內擺線盤在試驗臺上的位置不確定，而無法對其進行動平衡。刮刀與軸為錐度配合，時間及條件所限制，也未對其進行動平衡實驗。而經過動平衡實驗后的轉鼓，在后續的檢修過程中由于刮料塊損壞而更換刮料塊及固定螺栓。從而破壞了轉鼓動平衡精度。就離心機轉子而言，其整體動平衡精度較差應是導致振動的主要原因。

刮料塊脫落也是引起離心機振動的主要原因。刮料塊的突然脫落使轉子不平衡重陡然增大，在振動趨勢圖上可看到一個明顯拐點。

轉鼓與軸頸配合質量。在檢修過程中發現離心機與轉鼓配合處軸徑偏小，拆卸油壓降低至15MPa甚至無法打起油壓。后定采用“激光熔覆”技術將軸徑修復至φ160+0.01，這樣與φ160－0.04的轉鼓配合后有0.05的過盈量。此次修復后，空載振動小，負載后振動陡增現象消除。充分證明了轉鼓裝配質量對離心機振動的影響。

4　相應對策

在確定了振動的主要影響因素后，針對振動原因采取了相應的對策：

對離心機轉子的動平衡精度進行進一步的確認。對離心機轉子進行整體動平衡實驗，而不是僅僅分別平衡轉鼓、螺旋刮刀。為排除差速器中擺線盤擺動帶來的影響，平衡實驗時可將擺線盤等部件拆除。將轉鼓及螺旋刮刀裝在相應的差速器軸頸上后做整體動平衡實驗。這樣便可提高轉子的整體動平衡精度，有效降低離心機的振動。

改進刮料塊及固定螺栓結構，防止因刮料塊脫落引起新的不平衡重。將刮料塊的筋板結構改為棱錐形結構，將固定螺栓由M12增大到M16。提高了刮料塊整體強度機的連接強度，改造后效果良好至今未發現脫落、松動現象。

檢查轉鼓、刮刀與差速器軸頸的配合過盈量及接觸面質量。檢查轉鼓與差速器軸頸的配合長度，轉鼓是否安裝到位。以保證有足夠的過盈量來滿足傳遞載荷。特別是在重載時不會發生連接松動現象。

嚴格執行沖洗程序，除定時沖洗外，還應根據振動趨勢圖的實際情況，及時沖洗。

5　結束語

通過一系列的問題查找及檢修工作，雖然離心機基本滿足生產需求，但其振動值依然較高（3.5mm/s），在今后進一步的整改過程中，可結合上述分析進行進一步整改，繼續降低設備振動，保證設備安全，降低設備故障率，滿足工藝生產的需要。

［1］ 師漢民，吳雅.機械振動系統［M］.武漢：華東理工大學出版社.1992.

［2］ 周仁睦.轉子動平衡——原理、方法和標準［M］.北京：化學工業出版社.1992.

Trioxane Separation of Larger Reason with H700K Centrifuge Vibration

Geng Cheng-dong

According to separate trioxane with H700K centrifuge been put into use，the centrifuge vibration amplitude of long-term difficult to solve is too iarge，Poor separation phenomenon，combined with maintenance conducted a comprehensive analysis，propose appropriate corrective measures and ideas.

centrifuge；vibration

R284；R285.5

A

1003-6490（2016）05-0128-02