某型卧螺离心机振动测试与分析

来源：发布时间：2014-07-19 11:31:41点击率：

　　对某型卧螺离心机转子系统进行了全面振动测试,通过测试轴振和瓦振数据,对转子不平衡响应、系统固有频率、轴振和瓦振之间关系、负荷试验以及不同台架振动特性等进行了分析。结果表明:卧螺离心机小端处不平衡对小端侧振动影响较大,对大端侧影响较小,反之亦然,差速器上不平衡对机组振动也有较大影响;卧螺离心机转子支撑系统应视为柔性系统;卧螺离心机系统转轴振动应引起重视;台架设计对机组振动有较大影响。这些结论对该型及其他型号卧螺离心机结构设计及动力特性优化具有重要的工程实际意义。

　　关键词：卧螺离心机;振动;优化设计

　　中图分类号：TQ051. 8　文献标识码:　A

　　1　前言

　　卧式螺旋卸料沉降离心机(以下简称卧螺离心机)是用于固液或液液分离的设备,由于其具有独特的双转子结构,能够完成其他离心机难以完成的任务,因而应用得比较广泛[1]。也因为其独特的双转子结构,使得其振动特性比较复杂。

　　随着我国卧螺离心机应用领域的不断扩大和国产化进程的加快,对卧螺离心机转子动力特性研究也越来越多。刘金荣等通过振动性能试验得到了卧螺离心机振动的加速度有效值随离心机的处理量、转鼓转速以及悬浮液的粘度、密度之间的变化关系[2];杨健等提出了一种不解“拍”就可以直接获取各转子振幅和相位的信号分离法[3];曹立和等通过试验研究提出了通过整机动平衡校验减少拍振的办法[4];张晓军应用Ansys对卧螺离心机转子的临界转速、振型以及不平衡响应进行了分析[5];傅彩明应用虚拟样机技术对卧螺离心机螺旋输送器的动力学性能进行了仿真研究[6]。

　　在以往的研究中,通过振动性能试验对卧螺离心机转子系统的动力特性研究较少。本文通过对某型卧螺离心机进行全面振动测试,根据测试数据对转子不平衡响应、系统固有频率、轴振和瓦振之间关系以及不同台架振动特性等进行了分析。测试数据及分析结论可为该型及其他型号卧螺离心机结构设计及动力特性优化提供帮助。

　　2　振动测试试验

　　试验在3个台架上(以下记为台架1、台架2和台架3)对卧螺离心机转子系统进行了振动测试。试验仪器包括速度传感器、涡流传感器、光电传感器和测振仪表等,其中速度传感器布置在左、右两侧轴承座处,涡流传感器布置在外转鼓两侧靠近轴承座处,光电传感器布置在转鼓小端轴承座外侧,所有传感器通过导线与测振仪表连接。其测点布置如图1所示,其中左侧为1瓦,右侧为 2瓦。

　　2. 1　转子不平衡响应灵敏度分析

　　试验所用卧螺离心机的工作转速为2870r/ min,内外转子转速差为15 r/min。为了减少因内外转子差速旋转所引起的不稳定振动,本次试验在外转鼓与内螺旋联转的情况下进行,并保持转速(2870r/min)不变。为了保证加重后振动能有较大的变化,选取试加重量为60g,通过在差速器、外转子大端、外转子小端螺栓上加配重实现加重方案。

　　根据加重影响系数来分析转子不平衡响应灵敏度。所谓加重影响系数即在选定的平衡转速下,通过加重试验求出的加重对振动的影响程度,其计算公式为:

　　因此,根据测试数据可得该机在不同加重平面加重影响系数,其计算结果如表1所示。由表1可以看出:在1瓦侧加重时, 1瓦侧的影响系数较大;在2瓦侧加重时, 2瓦侧的影响系数较大;在差速器上加重时,对1瓦和2瓦也有较大影响。

　　从结构上看,差速器位于整个转子的外伸段, 外伸段的不平衡会对整个机组振动产生较大的影响。当整机组装好内外转子无法再进行动平衡时,可采用在差速器平面加重的方式来补偿一定的不平衡量。

　　2. 2　转轴固有频率测试

　　试验采用敲击脉冲法测试离心机固有频率。在静止状态下,用2 kg铜棒对转轴施加约300N 冲击激励力,用速度传感器测试冲击后衰减振动响应信号。本文只给出其中一次频率测试图,如图2所示。

　　由敲击脉冲法测试固有频率的原理可知,频率测试图中振动峰值所对应的频率就是系统固有频率。据此可得离心机转子固有频率,如表2所示。

　　从表2可以看出:卧螺离心机在台架1上固有频率在10. 9Hz左右,在台架2上固有频率在 12. 9Hz左右,这两个频率都远低于转轴工作转速2870r/min所对应的频率47. 8Hz。这表明卧螺离心机转子系统在考虑支撑和隔振系统后,应视为柔性系统来考虑。

　　2. 3　轴振和瓦振数据分析

　　大多数情况下,监测机组瓦振可以满足工程要求。但在特殊情况下,如轴承刚度较大时,有可能出现轴振大而瓦振小的现象,此时只测瓦振无法有效反映机组实际振动情况,必须同时测量转轴的振动[7]。为此,本次试验还特别安装了涡流传感器检测轴振,试验数据如表3所示。

　　从表3可以看出:无论在哪种台架上, 1瓦和 2瓦水平瓦振一直处于较低水平,但轴振却很大。根据ISO旋转机械轴振动标准:转速为2800r/min 时,机器轴振小于80μm为 , 160μm报警,大于250μm跳机[8]。表3中轴振数据显然已超过标准,不利于机组正常运行。所以在监测机组瓦振的同时还应重视转轴振动。

　　2. 4　不同台架振动特性分析

　　已平衡好的螺旋和转鼓在台架2上各瓦振动小于40μm,而在台架3上振动却较台架2大,主要表现在水平方向上,水平振动增大到90μm。从图3、4可以发现:台架2上的该型卧螺离心机转速为2800r/min附近未出现振动峰值;而在台架3上水平振动在转速为2720r/min附近有比较明显的共振峰值,直接导致了振动的增大。分析表明,已平衡好的外转鼓和内螺旋在台架2 上振动较小,而在台架3上振动较大。

　　从现场来看,该型卧螺离心机台架2支架不存在悬臂模式,力的作用点与支脚基本在同一平面内;而台架3右端支架采用悬臂模式,力的作用点与支脚不在同一平面内,这使得悬臂外端产生力矩,使振动放大,导致台架3水平振动在转速为 2720r/min附近有比较明显的共振峰值。这说明台架设计对整个机组的振动有较大影响。

　　2. 5　负荷试验数据分析

　　为了比较卧螺离心机在负荷状态和空载状态下的动力特性,本次试验在内外转子差速旋转的情况下进行了负荷试验。由于试验没有可进行分离的物料,现场采取通水的方式来模拟机组在负荷状态下的工作状况,测试曲线如图5所示。

　　从图5可以看出:在通水瞬间,机组振动迅速增大;负荷状态下的振动较空载状态下的振动明显大。分析表明,在机组带负荷过程中,作用在转子上的力或力矩发生了变化,导致转子激振力发生变化,激振力改变后,导致振动的变化。这说明负荷对机组振动有较大影响,在机组优化设计时应考虑。

　　3　结论

　　(1)不平衡响应试验表明1瓦侧加重对1瓦侧振动影响较大,对2瓦侧影响较小,反之亦然; 差速器加重对机组振动也有较大影响;

　　(2)冲击试验表明转轴的工作转速高于转轴固有频率所对应的转速,整个卧螺离心机转子系统应作为柔性系统来看待;

　　(3)轴振测试表明该型卧螺离心机存在轴振大而瓦振小的现象,轴振大将会导致滚动轴承的磨损,因此转轴振动应引起重视;

　　(4)卧螺离心机在三个不同台架上所表现出来的振动特性不完全相同表明台架设计对机组减振具有重要作用,在设计和优化时应予重视;

　　(5)负荷试验表明负荷对机组振动有较大影响,应在带负荷状态下对机组进行动力特性优化。

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