聚氯乙烯生產(chǎn)中離心機常見問題的原因分析和解決
技術(shù)支持
在金牛化工股份公司聚氯乙烯生產(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。目前，國內(nèi)廠家多采用螺旋沉降式離心機，該廠所用螺旋沉降式離心機產(chǎn)于英國Thomas Broadbent&Sons公司，單臺處理能力10000kg/h。該離心機作為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。該種離心機在投入生產(chǎn)以來，以其操作簡便，運行彈性大，性能穩(wěn)定，易損件少，拆裝容易等頗受好評，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，常見的問題是離心機的異常振動。下面就離心機的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)和生產(chǎn)中的異常振動情況進(jìn)行分析和闡述。
1 離心機主要技術(shù)參數(shù)
離心機的主要技術(shù)參數(shù)如下：
規(guī)格：1000×1500mm。
處理能力：10t/h（出口水分≤25%Wb）
電機功率：195kW
電機轉(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：1～3L/min
振動探測器振動速率：≤20mm/s
設(shè)有主軸承油溫、主軸承潤滑油流量、振動速率、扭矩和過載保護(hù)探測器在線監(jiān)測。任何一個參數(shù)超標(biāo)，則離心機保護(hù)性停車。
2 離心機在生產(chǎn)過程中的異常振動現(xiàn)象和原理分析
2.1 離心機在生產(chǎn)中的異常振動現(xiàn)象
以該廠離心機于2007年7月中旬發(fā)生異常振動為例說明：
（1）起初離心機振動曲線突然增大（一般為穩(wěn)定運轉(zhuǎn)值的1.5～2倍）。引發(fā)因素通常為物料流量的波動和開停車時的受力不均勻，同時伴隨有周期性低頻的轟鳴聲，明顯感覺噪聲增大。在相對穩(wěn)定運行時，測得主軸承振動數(shù)值如下：
| 次數(shù) | 差速器側(cè) | 入料側(cè) | ||||
水平（東） | 垂直 | 水平（西） | 水平（東） | 垂直 | 水平（西） | |
1 | 16.7 | 17.5 | 15.8 | 25.1 | 29.8 | 23.0 |
2 | 16.8 | 15.9 | 17.1 | 25.3 | 31.7 | 27.2 |
3 | 16 | 17.9 | 17.32 | 27.4 | 30.4 | 25.6 |
（2）隨著運行時間的延續(xù)，偶爾發(fā)生振動報警并連續(xù)停機（u≥40mm/s）。
（3）振動報警次數(shù)增多，頻率加大，運轉(zhuǎn)情況惡化，離心機被迫停運。
一般從離心機振動曲線突然增大，到被迫停運，經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明不超過4天；如果負(fù)荷波動較大，則至多維持運轉(zhuǎn)2天。
2.2 離心機振動原理分析
在生產(chǎn)中，表征離心機振動大小的物理量常用振動烈度。
（1）振動烈度。機器的振動烈度是指回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)過程中，在軸承或機座的特定點、特定方向測得的寬頻（10～1000Hz）振動速度信號的均方根值。單位為（mm/s）。振動烈度與不平衡量有關(guān)，也與回轉(zhuǎn)體大小、支承條件、運轉(zhuǎn)情況等有關(guān)系。
（2）機械振動。所謂振動，是一種物理現(xiàn)象，是指描述機械系統(tǒng)運動或位置的量值相對于其平均值隨時間變化的現(xiàn)象。其中機械系統(tǒng)指由質(zhì)量（m）、剛度（k）、和阻尼（c）各元素所組成的系統(tǒng)。
按振動產(chǎn)生的原因分類，機械振動可分為：自由振動、受迫振動、參數(shù)振動和自激振動四類。
（3）離心機是一種回轉(zhuǎn)機械。在理想情況下，回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時與不旋轉(zhuǎn)時，對軸承產(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w旋轉(zhuǎn)時，其上每個微小質(zhì)點產(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，通過軸承作用于機械及其基礎(chǔ)上，就產(chǎn)生了振動。因此，離心機的振動是由離心慣性力引起的受迫振動。
3 引發(fā)離心機異常振動常見的原因
（1）基礎(chǔ)的緊固螺栓松動。
（2）離心機進(jìn)料波動。
（3）離心機經(jīng)過長期運轉(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，從而造成離心機動平衡的喪失。
（4）離心機在運轉(zhuǎn)過程中，通過電機帶動皮帶輪旋轉(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。在長期運轉(zhuǎn)過程中，特別是在變負(fù)荷工況條件下運行時，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，會造成螺旋輸送器的軸向串動，從而引發(fā)異常振動。
（5）在螺旋輸送器傳動軸和轉(zhuǎn)鼓頭之間安裝有滑動銅套，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軸之間存在速度差，形成一對摩擦副。在長期運轉(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。經(jīng)驗表明，該銅套為易損件，應(yīng)該每年更換。
（6）主軸承的磨損也會造成離心機振動增大。
4 異常振動的原因及故障部位的判定
既然離心機常見異常振動的誘因有上述幾種，那么具體到上文所述離心機的振動值的增大，確切原因是什么呢？結(jié)合其他數(shù)據(jù)，逐個進(jìn)行分析判斷。
首先，可用力矩扳手，對地腳螺栓是否松動，預(yù)緊力是否均勻，做逐個確認(rèn)。現(xiàn)場測試結(jié)果，表明地腳螺栓未松動，預(yù)緊力均勻，該原因可以排除。
第二，由離心機進(jìn)料流量計顯示數(shù)值和離心機主電機電流顯示值，表明離心機進(jìn)料未波動。
第三，將離心機進(jìn)料操作暫停，改為沖水操作，2小時后，振動數(shù)值仍在不正常范圍，未見好轉(zhuǎn)跡象。這表明：離心機轉(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行中逐漸粘附的，這在影響離心機振動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℃，與振動值在正常范圍時相比，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銅套的磨損量是否超標(biāo)，必須將離心機解體后才能進(jìn)一步判斷。
5 拆檢離心機的現(xiàn)象及測量數(shù)據(jù)
按照“離心機檢修操作規(guī)程”和以往的經(jīng)驗，對離心機進(jìn)行解體，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。
（1）推力軸承有明顯磨損，磨損量達(dá)0.06mm。同時發(fā)現(xiàn)軸承壓蓋和皮帶輪之間在緊固狀態(tài)下間隙為零。也就是說，在運行狀態(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。
（2）分別測量滑動銅套內(nèi)徑和相對應(yīng)的螺旋輸送器傳動軸外徑的尺寸，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）其他傳動件包括差速器未見異常。
6 維修過程
針對離心機在拆檢過程中發(fā)現(xiàn)的問題，進(jìn)行了如下如理：
（1）對主軸承和差速器進(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)時與皮帶輪間隙太?。s0.04mm）。為了確保運行狀態(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)行機械加工，使銅套內(nèi)徑與相應(yīng)的螺旋輸送器傳動軸外徑間的間隙，控制在0.5mm經(jīng)驗值以內(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 試運行情況
離心機檢修完成后，進(jìn)行了試運行。在控制主電機電流165A條件下運行6小時，振動數(shù)值如下：
| 次數(shù) | 差速器側(cè) | 入料側(cè) | ||||
水平（東） | 垂直 | 水平（西） | 水平（東） | 垂直 | 水平（西） | |
1 | 4.2 | 5.1 | 4.5 | 6.3 | 7.0 | 6.7 |
2 | 4.4 | 4.9 | 5.0 | 7.0 | 8.2 | 7.3 |
3 | 5.0 | 5.2 | 4.6 | 7.4 | 7.9 | 6.8 |
從上表可以看出，檢修后離心機振動數(shù)值明顯減小，并在正常范圍以內(nèi)。
8 結(jié)束語
振動異常是離心機的常見故障，也是所有轉(zhuǎn)動設(shè)備不可回避的問題。此次檢修，使離心機運行狀況大為改觀，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)運行中，狀態(tài)穩(wěn)定，未發(fā)生振動超標(biāo)現(xiàn)象。同時，該問題的解決也為類似的問題提供了思路。
