DQZHAN技術(shù)訊：【解密】動平衡技術(shù)在污水處理廠中的應(yīng)用
引言
常用機械中包含著大量的作旋轉(zhuǎn)運動的零部件，例如各種傳動軸、主軸、電動機和汽輪機的轉(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。但實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)計時就具有非對稱的幾何形狀等多種因素，使得回轉(zhuǎn)體在旋轉(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，離心慣性力通過軸承作用到機械及其基礎(chǔ)上，引起振動，產(chǎn)生了噪音，加速軸承磨損，縮短了機械壽命，嚴重時能造成破壞性事故。為此，必須對轉(zhuǎn)子進行平衡，使其達到允許的平衡精度等級，或使因此產(chǎn)生的機械振動幅度降在允許的范圍內(nèi)。
本文以桂林市污水處理廠為例，分析動平衡產(chǎn)生的原因，借助SB/SA-8T(500kg)臥式萬向節(jié)/圈帶電腦傳動硬支承平衡機，對污水處理廠的轉(zhuǎn)動設(shè)備進行檢測，達到動平衡允許的平衡精度等級，從而延長設(shè)備的使用壽命，保障生產(chǎn)的正常運行。
轉(zhuǎn)子不平衡的定義及原因分析
1、定義
根據(jù)《機械振動平衡詞匯》(GBT6444-2008)的定義：不平衡為當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以振動或振動力的方式作用于轉(zhuǎn)子軸承時，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)機械*常見的振動故障，轉(zhuǎn)子不平衡按發(fā)生過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)計中的不對稱
轉(zhuǎn)子設(shè)計過程中沒有考慮到對稱問題，造成質(zhì)量中心和旋轉(zhuǎn)中心偏離，結(jié)構(gòu)上不對稱。
(2)轉(zhuǎn)子制造和安裝過程中的誤差
轉(zhuǎn)子在制造過程中由于材料不均勻，汽包等原因造成的質(zhì)量不對稱，制造過程中的加工誤差，比如磨削多少不同，長短切割誤差等。安裝過程中不可避免誤差，造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量不對稱，比如安裝螺栓長短不一，安裝孔徑較大偏心安裝等等。
(3)運行中造成的不平衡
轉(zhuǎn)子在長期運行中，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，由此運行一段時間的轉(zhuǎn)子會出現(xiàn)不平衡的情況。
產(chǎn)生不平衡振動的根本原因是轉(zhuǎn)子的重心線偏離軸線，即轉(zhuǎn)子質(zhì)量對軸心線成不均勻分布。也就是說，轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與轉(zhuǎn)子的幾何軸心并不重合，存在著一個偏心距e，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時偏心距e將會產(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;而且，不平衡振動的頻率與轉(zhuǎn)速相一致，振動值的大小與轉(zhuǎn)速相關(guān)。
SB/SA-8T(500kg)臥式萬向節(jié)/圈帶電腦傳動硬支承平衡機的簡介及特點
1、簡介
SB/SA-8T(500kg)臥式萬向節(jié)/圈帶電腦傳動硬支承平衡機(見圖1)*大支承重量是500kg，驅(qū)動方式采用兩種：無級變頻調(diào)速指令電機傳動萬向節(jié)驅(qū)動工件來實現(xiàn)或采用圈帶驅(qū)動工件來實現(xiàn)的，驅(qū)動方式可任意轉(zhuǎn)換。該機器操作簡單、使用**，并配有先進的電腦工控液晶顯示系統(tǒng)。
圖1 SB/SA-8T(500kg)臥式萬向節(jié)/圈帶電腦傳動硬支承平衡機
2、特點
該動平衡機可測單面平衡、雙面平衡。機械程序、界面可中英文互換。動平衡機具有記憶、打印、儲存、提示和自檢功能。機械程序具有自動計算不平衡量結(jié)果，測量結(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)見表1。
表1 SB/SA-8T(500kg)臥式萬向節(jié)/圈帶電腦傳動硬支承平衡機技術(shù)參數(shù)
應(yīng)用實例
污水泵、鼓風(fēng)機、潛水推進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)機械設(shè)備，但是由于之前對轉(zhuǎn)動設(shè)備動平衡的認識不深刻，重視不夠，沒有對劇烈振動的設(shè)備進行動平衡檢測就盲目維修，更換軸承、機械密封、葉輪等零部件，造成了浪費，耗費了大量維修成本和維修時間。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到動平衡檢測的重要性，于2015年年底引入了動平衡技術(shù)，開始了動平衡檢測技術(shù)在桂林市污水處理廠中的應(yīng)用實踐。
1、引入動平衡技術(shù)前存在的問題
在引入動平衡技術(shù)前，桂林市污水處理廠水泵、鼓風(fēng)機、潛水推進器和攪拌器等重要生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)故障后，未對其進行動平衡檢測，主要存在的問題有以下幾點：
(1)轉(zhuǎn)子振動和應(yīng)力大，運行不**。設(shè)備在運行時產(chǎn)生的劇烈振動會使軸承疲勞損壞，有時還會出現(xiàn)軸承斷裂，從而縮短軸承的使用壽命。而大型進口水泵均采用價格昂貴的進口軸承(一個軸承需要6000元左右)，每年更換下來的軸承成本高達50萬元，造成了極大的浪費。
(2)設(shè)備在運行時產(chǎn)生的劇烈振動會造成通流部分磨損，嚴重時會導(dǎo)致大軸彎曲甚至斷裂。
(3)設(shè)備在運行時產(chǎn)生的劇烈振動還會導(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)備在運行時產(chǎn)生的劇烈振動容易惡化環(huán)境，浪費能源。眾所周知，根據(jù)能量守恒規(guī)律，如果電動機的振動能量輸出大了，用來做有用功的能量必然隨之減少，噪聲大造成環(huán)境影響問題。
2、引入動平衡技術(shù)的必要性
隨著排水及污水處理事業(yè)的迅速發(fā)展，工藝中運用大功率、高轉(zhuǎn)速的設(shè)備越來越多。就桂林市污水處理廠而言，生產(chǎn)設(shè)備共有1084臺，其中存在中高速轉(zhuǎn)動的設(shè)備有573臺，占總設(shè)備的52.86%。由此可見，生產(chǎn)設(shè)備中旋轉(zhuǎn)機械的數(shù)量占極大比重，它包括各類電動機、發(fā)電機、水泵、鼓風(fēng)機等。以往污水處理廠對中高速轉(zhuǎn)動設(shè)備維修的重視不夠，未做過動平衡檢測及修復(fù)，因此，由于轉(zhuǎn)動設(shè)備不平衡的原因，工作時往往會出現(xiàn)劇烈振動和噪音，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：對各類機械設(shè)備進行檢修時，必須保證其同軸度、靜平衡或動平衡等技術(shù)要求。因此，在桂林市污水處理廠開展動平衡檢測及修復(fù)工作是十分必要的。只有通過控制轉(zhuǎn)動設(shè)備動平衡的精密度，才能確保設(shè)備運轉(zhuǎn)平衡和使用壽命，從而保障生產(chǎn)的正常運行。
3、引入動平衡技術(shù)后的效果
對重要的污水處理設(shè)備進行動平衡檢測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)引入的時間不長，目前還處于試運行階段。但是引入動平衡技術(shù)后的效果還是很明顯的。
(1)通過對轉(zhuǎn)子不平衡量的測量，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)子相對于軸線的質(zhì)量分布，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時作用于軸承上的振動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。
(4)降低污水處理設(shè)備的功耗，達到節(jié)能降耗的目的。
4、需注意的問題
雖然動平衡檢測技術(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、潛水推進器和攪拌器等)提供了檢測手段，能夠保障今后污水處理廠設(shè)備維修的轉(zhuǎn)動件動平衡的精度要求，大大提高設(shè)備維修的質(zhì)量和水平，但是，引起動平衡機不能正常工作或達不到平衡精度的因素很多，這些因素中有的是動平衡工件的原因，也有的是機器本身或電測系統(tǒng)的原因。因此只要某一個環(huán)節(jié)不正常就必然會影響工件的平衡，只有針對性地分析這些現(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，進而采取有效措施來減少或消除這些對工件平衡產(chǎn)生不利影響的因素。
結(jié)論
本文通過動平衡技術(shù)在污水處理廠中的應(yīng)用實例，詳細分析了轉(zhuǎn)子不平衡的原因，提出了引入動平衡技術(shù)前污水處理設(shè)備存在的問題，指出引入動平衡技術(shù)是十分必要的，進而列舉了引入動平衡技術(shù)的良好效果。不僅如此，還特別提出了可供采用動平衡檢測時應(yīng)注意的問題，為廣大同行提供了借鑒的經(jīng)驗和技術(shù)資料。
