聚氯乙烯生產(chǎn)中離心機(jī)常見問題的原因分析和解決

                                      張文東

                   （河北冀中能源集團(tuán)金?；す煞莨緲渲止荆?/p>

    摘要：在聚氯乙烯生產(chǎn)中，離心機(jī)最常見的問題是異常振動(dòng)，本文從離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)、振動(dòng)原理幾個(gè)方面進(jìn)行分析，并結(jié)合本廠的生產(chǎn)實(shí)際情況，提出方案，最終解決了離心機(jī)異常振動(dòng)的問題，為轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備類似問題的解決提供了新的思路。

    關(guān)鍵詞：離心機(jī)

    異常振動(dòng)

    原因分析

    解決方案

    在金?；す煞莨揪勐纫蚁┥a(chǎn)過程中，VCM單體在聚合釜中進(jìn)行懸浮聚合。生成PVC懸浮液，該懸浮液進(jìn)入汽提塔脫去VCM氣后，形成含水量68%~75%的PVC漿料。在物料進(jìn)入干燥床之前，必須進(jìn)行脫水處理，使PVC含水量控制在25%以下。完成脫水工藝的關(guān)鍵設(shè)備便是離心機(jī)。目前，國內(nèi)廠家多采用螺旋沉降式離心機(jī)，我廠所用螺旋沉降式離心機(jī)產(chǎn)于英國Thomas Broadbent&Sons公司，單臺(tái)處理能力10000kg/h。該離心機(jī)作為23萬噸/a PVC生產(chǎn)裝置的主要設(shè)備，于1999年5月投入使用。該種離心機(jī)在投入生產(chǎn)以來，以其操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行彈性大，性能穩(wěn)定，易損件少，拆裝容易等頗受好評(píng)，完全能夠滿足生產(chǎn)需要。但在生產(chǎn)過程中，也暴露出一些問題，最常見的問題是離心機(jī)的異常振動(dòng)。下面就離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)和生產(chǎn)中的異常振動(dòng)情況進(jìn)行分析和闡述。

    1.離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)

    （1）離心機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下。規(guī)格：1000*1500mm；處理能力：10T/h（出口水份≤25%Wb）；電機(jī)功率：195KW；轉(zhuǎn)速：

    1500rpm 4極；轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)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(dòng)探測(cè)器振動(dòng)速率≤20mm/s。

    并設(shè)有主軸承油溫、主軸承

    潤滑油流量、振動(dòng)速率、扭矩和過載保護(hù)探測(cè)器在線監(jiān)測(cè)。任何一個(gè)參數(shù)超標(biāo)，則離心機(jī)保護(hù)性停車。

    （2）離心機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

    以我廠離心機(jī)于2007年7月中旬發(fā)生異常振動(dòng)為例說明：

    （1）最初離心機(jī)振動(dòng)曲線突然增大（一般為穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)值的1.5~2倍）。引發(fā)因素通常為物料流量的波動(dòng)和開停車時(shí)的受力不均勻，同時(shí)伴隨有周期性低頻的轟鳴聲，明顯感覺噪聲增大。在相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，測(cè)得主軸承振動(dòng)數(shù)值如表1：

            

    2.離心機(jī)在生產(chǎn)過程中的異常振動(dòng)現(xiàn)象和原理分析

    2.1離心機(jī)在生產(chǎn)中的異常振動(dòng)現(xiàn)象以我廠離心機(jī)于2007年7月中旬發(fā)生異常振動(dòng)為例說明：

    （1）最初離心機(jī)振動(dòng)曲線突然增大（一般為穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)值的1.5~2倍）。引發(fā)因素通常為物料流量的波動(dòng)和開停車時(shí)的受力不均勻，同時(shí)伴隨有周期性低頻的轟鳴聲，明顯感覺噪聲增大。在相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，測(cè)得主軸承振動(dòng)數(shù)值如表1。

          

    （2）隨著運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)，偶爾發(fā)生振動(dòng)報(bào)警并連鎖停機(jī)（μ≥40mm/s）。

    （3）振動(dòng)報(bào)警次數(shù)增多，頻率加大，最終運(yùn)轉(zhuǎn)情況惡化，離心機(jī)被迫停運(yùn)。

    一般從離心機(jī)振動(dòng)曲線突然增大，到被迫停運(yùn)，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明不超過4天；如果負(fù)荷波動(dòng)較大，則至多維持運(yùn)轉(zhuǎn)2天。

    2.2離心機(jī)振動(dòng)原理分析

    在生產(chǎn)中，表征離心機(jī)振動(dòng)大小的物理量常用振動(dòng)烈度。

    （1）振動(dòng)烈度。機(jī)器的振動(dòng)烈度是指回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)過程中，在軸承或機(jī)座的特定點(diǎn)、特定方向測(cè)得的寬頻（10~1000Hz）振動(dòng)速度信號(hào)的均方根值。單位為（mm/s）。振動(dòng)烈度與不平衡量有關(guān)，也與回轉(zhuǎn)體大小、支承條件、運(yùn)轉(zhuǎn)情況等有關(guān)系。表1所測(cè)數(shù)值即為振動(dòng)烈度數(shù)值。

    （2）機(jī)械振動(dòng)。所謂振動(dòng)，是一種物理現(xiàn)象，是指描述機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)或位置的量值相對(duì)于其平均值隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。其中機(jī)械系統(tǒng)指由質(zhì)量（m）、剛度（k）、和阻尼（c）各元素所組成的系統(tǒng)。按振動(dòng)產(chǎn)生的原因分類，機(jī)械振動(dòng)可分為：自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)、參數(shù)振動(dòng)和自激振動(dòng)四類。

    （3）離心機(jī)是一種回轉(zhuǎn)機(jī)械。在理想情況下，回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時(shí)與不旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的。這樣的回轉(zhuǎn)體是平衡的回轉(zhuǎn)體。但工程中的各種回轉(zhuǎn)體，比如離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓，螺旋輸送器等零部件，由于材質(zhì)的不均勻或毛坯缺陷，在加工或裝配中產(chǎn)生的誤差，使得回轉(zhuǎn)體在以一定的轉(zhuǎn)速ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上每個(gè)微小質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)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(lì)，通過軸承作用于機(jī)械及其基礎(chǔ)上，就產(chǎn)生了振動(dòng)。因此，離心機(jī)的振動(dòng)是由離心慣性力引起的受迫振動(dòng)。

    （4）偏心質(zhì)量引起的受迫振動(dòng)計(jì)算式。設(shè)離心機(jī)偏心質(zhì)量為m。，偏心距為r，離心機(jī)的等效質(zhì)量為m，角速度為ω，則偏心質(zhì)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(duì)于生產(chǎn)上穩(wěn)定運(yùn)行的離心機(jī)，系數(shù)k、c是固定不變的。在排除進(jìn)料波動(dòng)的情況下，m和ω也可認(rèn)為是常數(shù)，則振幅x與偏心質(zhì)量m。和偏心距r的乘積成正比。由此也可得出結(jié)論：在線運(yùn)轉(zhuǎn)的離心機(jī)異常振動(dòng)或振動(dòng)烈度數(shù)值超標(biāo)，只與不平衡量（m。r）有關(guān)，并且隨著不平衡量的增大而增大。

    3.引發(fā)離心機(jī)異常振動(dòng)常見的原因

    ①基礎(chǔ)的緊固螺栓松動(dòng)。②離心機(jī)進(jìn)料波動(dòng)。③離心機(jī)經(jīng)過長期運(yùn)轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)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(jī)動(dòng)平衡的喪失。④離心機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，通過電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪旋轉(zhuǎn)，皮帶輪通過轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓內(nèi)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(cè)的推力軸承來平衡的。在長期運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，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。如果推力軸承磨損量達(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)。⑤在螺旋輸送器傳動(dòng)軸和轉(zhuǎn)鼓頭之間安裝有滑動(dòng)銅套，該銅套外壁與轉(zhuǎn)鼓頭內(nèi)壁為過盈配合，隨轉(zhuǎn)鼓同速旋轉(zhuǎn)。該銅套與螺旋輸送器傳動(dòng)軸之間存在速度差，形成一對(duì)磨擦副。在長期運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，該銅套的磨損量逐漸增大。該磨損量達(dá)到一定程度，會(huì)造成螺旋輸送器和轉(zhuǎn)鼓的同軸度變差，從而也引發(fā)異常振動(dòng)。經(jīng)驗(yàn)表明，該銅套為易損件，應(yīng)該每年更換。⑥主軸承的磨損也會(huì)造成離心機(jī)振動(dòng)增大。

    4.異常振動(dòng)的原因及故障部位的判定

    既然離心機(jī)常見異常振動(dòng)的誘因有上述幾種，那么具體到上文所述離心機(jī)的振動(dòng)值的增大，確切原因是什么呢？結(jié)合其他數(shù)據(jù)，我們逐個(gè)進(jìn)行分析判斷。

    首先，可用力矩扳手，對(duì)地腳螺栓是否松動(dòng)，預(yù)緊力是否均勻，做逐個(gè)確認(rèn)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，表明地腳螺栓未松動(dòng)，預(yù)緊力均勻，該原因可以排除。第二，由離心機(jī)進(jìn)料流量計(jì)顯示數(shù)值和離心機(jī)主電機(jī)電流顯示值，表明離心機(jī)進(jìn)料未波動(dòng)。第三，將離心機(jī)進(jìn)料操作暫停，改為沖水操作，2小時(shí)后，振動(dòng)數(shù)值仍在不正常范圍，未見好轉(zhuǎn)跡象。這表明：離心機(jī)轉(zhuǎn)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(yùn)行中逐漸粘附的，這在影響離心機(jī)振動(dòng)的多種因素中不是關(guān)鍵性的。第四，主軸承的溫度：進(jìn)料側(cè)56℃，差速器側(cè)53℃，與振動(dòng)值在正常范圍時(shí)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(dòng)銅套的磨損量是否超標(biāo)，必須將離心機(jī)解體后才能進(jìn)一步判斷。

    5.拆檢離心機(jī)的現(xiàn)象及測(cè)量數(shù)據(jù)

    按照“離心機(jī)檢修操作規(guī)程”和已往的經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)離心機(jī)進(jìn)行解體，并對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量。

    （1）如圖2所示，推力軸承1有明顯磨損，磨損量達(dá)0.06mm。同時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承壓蓋3和皮帶輪2之間在緊固狀態(tài)下間隙（圖中粗線處）為零。也就是說，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）分別測(cè)量滑動(dòng)銅套內(nèi)徑和相對(duì)應(yīng)的螺旋輸送器傳動(dòng)軸外徑的尺寸，獲得銅套間隙尺寸為，差速器側(cè)：δ=0.93；入料側(cè)：δ=1.4，明顯大于標(biāo)準(zhǔn)上限值0.5，顯然兩側(cè)銅套磨損量均過大。

    （3）在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁和螺旋輸送器葉片上發(fā)現(xiàn)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(dòng)件包括差速器未見異常。

    6.維修過程

    針對(duì)離心機(jī)在拆檢過程中發(fā)現(xiàn)的問題，我們進(jìn)行了如下處理。

    （1）對(duì)主軸承和差速器進(jìn)行清洗檢查，并更換差速器內(nèi)齒輪油。

    （2）清理轉(zhuǎn)鼓內(nèi)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(fā)現(xiàn)軸承壓蓋在緊固狀態(tài)時(shí)與皮帶輪間隙太小(約0.04mm)。為了確保運(yùn)行狀態(tài)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(duì)軸承壓蓋內(nèi)表面進(jìn)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(cè)和進(jìn)料側(cè)銅套并進(jìn)行機(jī)械加工，使銅套內(nèi)徑與相應(yīng)的螺旋輸送器傳動(dòng)軸外徑間的間隙，控制在0.5mm經(jīng)驗(yàn)值以內(nèi)，并涂抹足夠的EP2潤滑脂。

    （5）按相應(yīng)的順序?qū)Ω髁悴考M(jìn)行回裝。

    （6）更換主軸承油箱內(nèi)潤滑油。

    7.試運(yùn)行情況

    離心機(jī)檢修完成后，我們進(jìn)行了試運(yùn)行。在控制主電機(jī)電流165A條件下運(yùn)行6小時(shí)，振動(dòng)數(shù)值見表2：

             

    從上表可以看出，檢修后離心機(jī)振動(dòng)數(shù)值明顯減小并在正常范圍以內(nèi)。

    8.結(jié)束語

    振動(dòng)異常是離心機(jī)的常見故障，也是所有轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備不可回避的問題。此次檢修，使離心機(jī)運(yùn)行狀況大為改觀，取得了明顯的效果，達(dá)到了預(yù)期的目的，并且在隨后的生產(chǎn)運(yùn)行中，狀態(tài)穩(wěn)定，未發(fā)生振動(dòng)超標(biāo)現(xiàn)象。同時(shí)，該問題的解決也為類似的問題提供了思路。

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