DQZHAN技術訊：【解密】動平衡技術在污水處理廠中的應用
引言
常用機械中包含著大量的作旋轉運動的零部件，例如各種傳動軸、主軸、電動機和汽輪機的轉子等，統稱為回轉體。在理想的情況下回轉體旋轉時與不旋轉時，對軸承產生的壓力是一樣的，這樣的回轉體是平衡的回轉體。但實際生活中的各種回轉體，由于材質不均勻或毛坯缺陷、加工及裝配中產生的誤差，甚至設計時就具有非對稱的幾何形狀等多種因素，使得回轉體在旋轉時，其上每個微小質點產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上，引起振動，產生了噪音，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，必須對轉子進行平衡，使其達到允許的平衡精度等級，或使因此產生的機械振動幅度降在允許的范圍內。
本文以桂林市污水處理廠為例，分析動平衡產生的原因，借助SB/SA-8T(500kg)臥式萬向節/圈帶電腦傳動硬支承平衡機，對污水處理廠的轉動設備進行檢測，達到動平衡允許的平衡精度等級，從而延長設備的使用壽命，保障生產的正常運行。
轉子不平衡的定義及原因分析
1、定義
根據《機械振動平衡詞匯》(GBT6444-2008)的定義：不平衡為當轉子旋轉產生的離心力以振動或振動力的方式作用于轉子軸承時，該轉子所處的狀態。
2、原因分析
轉子不平衡是旋轉機械*常見的振動故障，轉子不平衡按發生過程可分為初始不平衡、漸發性不平衡和突發性不平衡。
(1)轉子設計中的不對稱
轉子設計過程中沒有考慮到對稱問題，造成質量中心和旋轉中心偏離，結構上不對稱。
(2)轉子制造和安裝過程中的誤差
轉子在制造過程中由于材料不均勻，汽包等原因造成的質量不對稱，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，造成轉子質量不對稱，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
轉子在長期運行中，尤其環境惡劣，有腐蝕性氣體、有粉塵、高溫等工作環境中，零部件很容易產生變形、移位、結垢、破損、磨削，由此運行一段時間的轉子會出現不平衡的情況。
產生不平衡振動的根本原因是轉子的重心線偏離軸線，即轉子質量對軸心線成不均勻分布。也就是說，轉子的質心與轉子的幾何軸心并不重合，存在著一個偏心距e，轉子轉動時偏心距e將會產生離心力、離心力矩或兩者兼而有之。轉子每旋轉一周，偏心距的方向隨著變化一次，離心力的方向也就循環變化一次，轉子在此交變循環離心力的作用下便產生了振動;而且，不平衡振動的頻率與轉速相一致，振動值的大小與轉速相關。
SB/SA-8T(500kg)臥式萬向節/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/圈帶電腦傳動硬支承平衡機(見圖1)*大支承重量是500kg，驅動方式采用兩種：無級變頻調速指令電機傳動萬向節驅動工件來實現或采用圈帶驅動工件來實現的，驅動方式可任意轉換。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。
圖1 SB/SA-8T(500kg)臥式萬向節/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果，測量結果顯示合格或者不合格的功能，方便快捷而且很直觀。具體技術參數見表1。
表1 SB/SA-8T(500kg)臥式萬向節/圈帶電腦傳動硬支承平衡機技術參數
應用實例
污水泵、鼓風機、潛水推進器和攪拌器等是桂林市污水處理廠的重要生產設備，也是中高速旋轉機械設備，但是由于之前對轉動設備動平衡的認識不深刻，重視不夠，沒有對劇烈振動的設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。隨著污水處理行業的迅速發展，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，開始了動平衡檢測技術在桂林市污水處理廠中的應用實踐。
1、引入動平衡技術前存在的問題
在引入動平衡技術前，桂林市污水處理廠水泵、鼓風機、潛水推進器和攪拌器等重要生產設備出現故障后，未對其進行動平衡檢測，主要存在的問題有以下幾點：
(1)轉子振動和應力大，運行不**。設備在運行時產生的劇烈振動會使軸承疲勞損壞，有時還會出現軸承斷裂，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)設備在運行時產生的劇烈振動會造成通流部分磨損，嚴重時會導致大軸彎曲甚至斷裂。
(3)設備在運行時產生的劇烈振動還會導致零部件承受大幅交變應力，容易造成轉子、連接螺栓、管道、地基等的損壞。
(4)設備在運行時產生的劇烈振動容易惡化環境，浪費能源。眾所周知，根據能量守恒規律，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，噪聲大造成環境影響問題。
2、引入動平衡技術的必要性
隨著排水及污水處理事業的迅速發展，工藝中運用大功率、高轉速的設備越來越多。就桂林市污水處理廠而言，生產設備共有1084臺，其中存在中高速轉動的設備有573臺，占總設備的52.86%。由此可見，生產設備中旋轉機械的數量占極大比重，它包括各類電動機、發電機、水泵、鼓風機等。以往污水處理廠對中高速轉動設備維修的重視不夠，未做過動平衡檢測及修復，因此，由于轉動設備不平衡的原因，工作時往往會出現劇烈振動和噪音，大大縮短了設備的使用壽命，增加了維修工作量和維修成本。然而，《污水處理行業規程》(CJJ60-2011)第2條第3.9款已有明確要求：對各類機械設備進行檢修時，必須保證其同軸度、靜平衡或動平衡等技術要求。因此，在桂林市污水處理廠開展動平衡檢測及修復工作是十分必要的。只有通過控制轉動設備動平衡的精密度，才能確保設備運轉平衡和使用壽命，從而保障生產的正常運行。
3、引入動平衡技術后的效果
對重要的污水處理設備進行動平衡檢測為桂林市污水處理廠提供了高效便捷、節能降耗的條件。雖然該技術引入的時間不長，目前還處于試運行階段。但是引入動平衡技術后的效果還是很明顯的。
(1)通過對轉子不平衡量的測量，確定不平衡的位置和大小。
(2)消除轉子的不平衡量，改善轉子相對于軸線的質量分布，使轉子旋轉時作用于軸承上的振動力減少到允許范圍內。
(3)提高轉子和轉子構成的產品質量，減小噪聲，減小振動。
(4)降低污水處理設備的功耗，達到節能降耗的目的。
4、需注意的問題
雖然動平衡檢測技術為桂林市污水處理廠的重要污水處理設備(污水泵、鼓風機、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備維修的轉動件動平衡的精度要求，大大提高設備維修的質量和水平，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的原因。因此只要某一個環節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象，才能有助于我們正確區分并判定出現的各種情況的原因，進而采取有效措施來減少或消除這些對工件平衡產生不利影響的因素。
結論
本文通過動平衡技術在污水處理廠中的應用實例，詳細分析了轉子不平衡的原因，提出了引入動平衡技術前污水處理設備存在的問題，指出引入動平衡技術是十分必要的，進而列舉了引入動平衡技術的良好效果。不僅如此，還特別提出了可供采用動平衡檢測時應注意的問題，為廣大同行提供了借鑒的經驗和技術資料。
