DQZHAN技術(shù)訊：【解密】動(dòng)平衡技術(shù)在污水處理廠中的應(yīng)用
引言
常用機(jī)械中包含著大量的作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，例如各種傳動(dòng)軸、主軸、電動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子等，統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)體。在理想的情況下回轉(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。但實(shí)際生活中的各種回轉(zhuǎn)體，由于材質(zhì)不均勻或毛坯缺陷、加工及裝配中產(chǎn)生的誤差，甚至設(shè)計(jì)時(shí)就具有非對(duì)稱的幾何形狀等多種因素，使得回轉(zhuǎn)體在旋轉(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，離心慣性力通過(guò)軸承作用到機(jī)械及其基礎(chǔ)上，引起振動(dòng)，產(chǎn)生了噪音，加速軸承磨損，縮短了機(jī)械壽命，嚴(yán)重時(shí)能造成破壞性事故。為此，必須對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡，使其達(dá)到允許的平衡精度等級(jí)，或使因此產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)幅度降在允許的范圍內(nèi)。
本文以桂林市污水處理廠為例，分析動(dòng)平衡產(chǎn)生的原因，借助SB/SA-8T(500kg)臥式萬(wàn)向節(jié)/圈帶電腦傳動(dòng)硬支承平衡機(jī)，對(duì)污水處理廠的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到動(dòng)平衡允許的平衡精度等級(jí)，從而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，保障生產(chǎn)的正常運(yùn)行。
轉(zhuǎn)子不平衡的定義及原因分析
1、定義
根據(jù)《機(jī)械振動(dòng)平衡詞匯》(GBT6444-2008)的定義：不平衡為當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以振動(dòng)或振動(dòng)力的方式作用于轉(zhuǎn)子軸承時(shí)，該轉(zhuǎn)子所處的狀態(tài)。
2、原因分析
轉(zhuǎn)子不平衡是旋轉(zhuǎn)機(jī)械*常見(jiàn)的振動(dòng)故障，轉(zhuǎn)子不平衡按發(fā)生過(guò)程可分為初始不平衡、漸發(fā)性不平衡和突發(fā)性不平衡。
(1)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)中的不對(duì)稱
轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有考慮到對(duì)稱問(wèn)題，造成質(zhì)量中心和旋轉(zhuǎn)中心偏離，結(jié)構(gòu)上不對(duì)稱。
(2)轉(zhuǎn)子制造和安裝過(guò)程中的誤差
轉(zhuǎn)子在制造過(guò)程中由于材料不均勻，汽包等原因造成的質(zhì)量不對(duì)稱，制造過(guò)程中的加工誤差，比如磨削多少不同，長(zhǎng)短切割誤差等。安裝過(guò)程中不可避免誤差，造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量不對(duì)稱，比如安裝螺栓長(zhǎng)短不一，安裝孔徑較大偏心安裝等等。
(3)運(yùn)行中造成的不平衡
轉(zhuǎn)子在長(zhǎng)期運(yùn)行中，尤其環(huán)境惡劣，有腐蝕性氣體、有粉塵、高溫等工作環(huán)境中，零部件很容易產(chǎn)生變形、移位、結(jié)垢、破損、磨削，由此運(yùn)行一段時(shí)間的轉(zhuǎn)子會(huì)出現(xiàn)不平衡的情況。
產(chǎn)生不平衡振動(dòng)的根本原因是轉(zhuǎn)子的重心線偏離軸線，即轉(zhuǎn)子質(zhì)量對(duì)軸心線成不均勻分布。也就是說(shuō)，轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與轉(zhuǎn)子的幾何軸心并不重合，存在著一個(gè)偏心距e，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)偏心距e將會(huì)產(chǎn)生離心力、離心力矩或兩者兼而有之。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，偏心距的方向隨著變化一次，離心力的方向也就循環(huán)變化一次，轉(zhuǎn)子在此交變循環(huán)離心力的作用下便產(chǎn)生了振動(dòng);而且，不平衡振動(dòng)的頻率與轉(zhuǎn)速相一致，振動(dòng)值的大小與轉(zhuǎn)速相關(guān)。
SB/SA-8T(500kg)臥式萬(wàn)向節(jié)/圈帶電腦傳動(dòng)硬支承平衡機(jī)的簡(jiǎn)介及特點(diǎn)
1、簡(jiǎn)介
SB/SA-8T(500kg)臥式萬(wàn)向節(jié)/圈帶電腦傳動(dòng)硬支承平衡機(jī)(見(jiàn)圖1)*大支承重量是500kg，驅(qū)動(dòng)方式采用兩種：無(wú)級(jí)變頻調(diào)速指令電機(jī)傳動(dòng)萬(wàn)向節(jié)驅(qū)動(dòng)工件來(lái)實(shí)現(xiàn)或采用圈帶驅(qū)動(dòng)工件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，驅(qū)動(dòng)方式可任意轉(zhuǎn)換。該機(jī)器操作簡(jiǎn)單、使用**，并配有先進(jìn)的電腦工控液晶顯示系統(tǒng)。
圖1 SB/SA-8T(500kg)臥式萬(wàn)向節(jié)/圈帶電腦傳動(dòng)硬支承平衡機(jī)
2、特點(diǎn)
該動(dòng)平衡機(jī)可測(cè)單面平衡、雙面平衡。機(jī)械程序、界面可中英文互換。動(dòng)平衡機(jī)具有記憶、打印、儲(chǔ)存、提示和自檢功能。機(jī)械程序具有自動(dòng)計(jì)算不平衡量結(jié)果，測(cè)量結(jié)果顯示合格或者不合格的功能，方便快捷而且很直觀。具體技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 SB/SA-8T(500kg)臥式萬(wàn)向節(jié)/圈帶電腦傳動(dòng)硬支承平衡機(jī)技術(shù)參數(shù)
應(yīng)用實(shí)例
污水泵、鼓風(fēng)機(jī)、潛水推進(jìn)器和攪拌器等是桂林市污水處理廠的重要生產(chǎn)設(shè)備，也是中高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，但是由于之前對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備動(dòng)平衡的認(rèn)識(shí)不深刻，重視不夠，沒(méi)有對(duì)劇烈振動(dòng)的設(shè)備進(jìn)行動(dòng)平衡檢測(cè)就盲目維修，更換軸承、機(jī)械密封、葉輪等零部件，造成了浪費(fèi)，耗費(fèi)了大量維修成本和維修時(shí)間。隨著污水處理行業(yè)的迅速發(fā)展，桂林市污水處理廠漸漸意識(shí)到動(dòng)平衡檢測(cè)的重要性，于2015年年底引入了動(dòng)平衡技術(shù)，開(kāi)始了動(dòng)平衡檢測(cè)技術(shù)在桂林市污水處理廠中的應(yīng)用實(shí)踐。
1、引入動(dòng)平衡技術(shù)前存在的問(wèn)題
在引入動(dòng)平衡技術(shù)前，桂林市污水處理廠水泵、鼓風(fēng)機(jī)、潛水推進(jìn)器和攪拌器等重要生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)故障后，未對(duì)其進(jìn)行動(dòng)平衡檢測(cè)，主要存在的問(wèn)題有以下幾點(diǎn)：
(1)轉(zhuǎn)子振動(dòng)和應(yīng)力大，運(yùn)行不**。設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)會(huì)使軸承疲勞損壞，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)軸承斷裂，從而縮短軸承的使用壽命。而大型進(jìn)口水泵均采用價(jià)格昂貴的進(jìn)口軸承(一個(gè)軸承需要6000元左右)，每年更換下來(lái)的軸承成本高達(dá)50萬(wàn)元，造成了極大的浪費(fèi)。
(2)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)會(huì)造成通流部分磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致大軸彎曲甚至斷裂。
(3)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致零部件承受大幅交變應(yīng)力，容易造成轉(zhuǎn)子、連接螺栓、管道、地基等的損壞。
(4)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)容易惡化環(huán)境，浪費(fèi)能源。眾所周知，根據(jù)能量守恒規(guī)律，如果電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)能量輸出大了，用來(lái)做有用功的能量必然隨之減少，噪聲大造成環(huán)境影響問(wèn)題。
2、引入動(dòng)平衡技術(shù)的必要性
隨著排水及污水處理事業(yè)的迅速發(fā)展，工藝中運(yùn)用大功率、高轉(zhuǎn)速的設(shè)備越來(lái)越多。就桂林市污水處理廠而言，生產(chǎn)設(shè)備共有1084臺(tái)，其中存在中高速轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備有573臺(tái)，占總設(shè)備的52.86%。由此可見(jiàn)，生產(chǎn)設(shè)備中旋轉(zhuǎn)機(jī)械的數(shù)量占極大比重，它包括各類電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、水泵、鼓風(fēng)機(jī)等。以往污水處理廠對(duì)中高速轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備維修的重視不夠，未做過(guò)動(dòng)平衡檢測(cè)及修復(fù)，因此，由于轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備不平衡的原因，工作時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)劇烈振動(dòng)和噪音，大大縮短了設(shè)備的使用壽命，增加了維修工作量和維修成本。然而，《污水處理行業(yè)規(guī)程》(CJJ60-2011)第2條第3.9款已有明確要求：對(duì)各類機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí)，必須保證其同軸度、靜平衡或動(dòng)平衡等技術(shù)要求。因此，在桂林市污水處理廠開(kāi)展動(dòng)平衡檢測(cè)及修復(fù)工作是十分必要的。只有通過(guò)控制轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備動(dòng)平衡的精密度，才能確保設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平衡和使用壽命，從而保障生產(chǎn)的正常運(yùn)行。
3、引入動(dòng)平衡技術(shù)后的效果
對(duì)重要的污水處理設(shè)備進(jìn)行動(dòng)平衡檢測(cè)為桂林市污水處理廠提供了高效便捷、節(jié)能降耗的條件。雖然該技術(shù)引入的時(shí)間不長(zhǎng)，目前還處于試運(yùn)行階段。但是引入動(dòng)平衡技術(shù)后的效果還是很明顯的。
(1)通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡量的測(cè)量，確定不平衡的位置和大小。
(2)消除轉(zhuǎn)子的不平衡量，改善轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸線的質(zhì)量分布，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)作用于軸承上的振動(dòng)力減少到允許范圍內(nèi)。
(3)提高轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成的產(chǎn)品質(zhì)量，減小噪聲，減小振動(dòng)。
(4)降低污水處理設(shè)備的功耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
4、需注意的問(wèn)題
雖然動(dòng)平衡檢測(cè)技術(shù)為桂林市污水處理廠的重要污水處理設(shè)備(污水泵、鼓風(fēng)機(jī)、潛水推進(jìn)器和攪拌器等)提供了檢測(cè)手段，能夠保障今后污水處理廠設(shè)備維修的轉(zhuǎn)動(dòng)件動(dòng)平衡的精度要求，大大提高設(shè)備維修的質(zhì)量和水平，但是，引起動(dòng)平衡機(jī)不能正常工作或達(dá)不到平衡精度的因素很多，這些因素中有的是動(dòng)平衡工件的原因，也有的是機(jī)器本身或電測(cè)系統(tǒng)的原因。因此只要某一個(gè)環(huán)節(jié)不正常就必然會(huì)影響工件的平衡，只有針對(duì)性地分析這些現(xiàn)象，才能有助于我們正確區(qū)分并判定出現(xiàn)的各種情況的原因，進(jìn)而采取有效措施來(lái)減少或消除這些對(duì)工件平衡產(chǎn)生不利影響的因素。
結(jié)論
本文通過(guò)動(dòng)平衡技術(shù)在污水處理廠中的應(yīng)用實(shí)例，詳細(xì)分析了轉(zhuǎn)子不平衡的原因，提出了引入動(dòng)平衡技術(shù)前污水處理設(shè)備存在的問(wèn)題，指出引入動(dòng)平衡技術(shù)是十分必要的，進(jìn)而列舉了引入動(dòng)平衡技術(shù)的良好效果。不僅如此，還特別提出了可供采用動(dòng)平衡檢測(cè)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，為廣大同行提供了借鑒的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)資料。
