摘 要：對Φ300玻璃鋼環隙式離心萃取器玻璃鋼轉筒進行動平衡校正實驗研究，并模擬工況對該設備進行水力學實驗。玻璃鋼轉筒進行動平衡校正前后，設備負載運行與空載時相比，振動值平均增幅小于8％，驗證了轉子動不平衡是導致設備振動較大的主要因素；同時，校正后的離心萃取器整體振動值降幅高于72％，表明玻璃鋼轉子在500 r／min下進行動平衡校正是有效可行的。

關鍵詞：環隙式離心萃取器；玻璃鋼轉筒；動平衡；水力學實驗

引　言

　　環隙式離心萃取器結構簡單、操作方便，已廣泛應用于醫藥、化工、石油、冶金、核能、廢水處理等領域” 。
　　清華大學核研院新近開發研制的Φ300玻璃鋼環隙式離心萃取器，因化工生產中的振動劇烈，使其轉軸軸承使用壽命降低，生產的連續性和設備的可靠性因此減弱，用戶維護成本增加。因為玻璃鋼轉筒采用手工制作而成，材料組織難以均勻分布，導致結構局部不對稱，從而通過轉筒重心的主慣性軸與旋轉軸線不重合，旋轉時產生不平衡離心力，即形成玻璃鋼轉筒的動不平衡。不平衡離心力過大會導致轉軸及軸承失效，同時玻璃鋼轉筒在液相環境中運行時，液相產生的水力沖擊均會造成設備振動劇烈。因此引起設備劇烈振動的原因可能來自于兩個方面：一方面是設備核心部件玻璃鋼轉筒的動不平衡；另一方面是源于液液萃取分離過程中液態混合物對轉筒的沖擊。
　　鑒于此，本文提出一種實驗檢驗方案，先對玻璃鋼轉筒進行動平衡校正處理，然后通過進行水力學實驗來驗證動平衡校正的有效性以及液態混合物沖擊轉筒的影響，從而檢驗兩方面對設備振動的影響效果。

1　玻璃鋼轉筒動平衡校正實驗

1.1　剛性轉子動平衡
　　經查閱文獻，到目前未發現針對玻璃鋼材質的轉子進行動平衡校正的實例，因此缺乏可行的標準和依據供本實驗參考，故而需要根據實際情況自行制定。在實際生產應用中，Φ300玻璃鋼環隙式離心萃取器(見圖1(a))高工作轉速為1440 r／min，經反復研究計算，在此速度下玻璃鋼轉筒不會產生撓變。據此，在本實驗中將玻璃鋼轉筒視為剛性轉子，從而可以對其進行低速動平衡校正。

　　參考恒態(剛性)轉子的平衡品質分級指南，轉筒只需達到G6.3平衡等級即可。但在水力學實驗中，轉筒動平衡等級越高，動不平衡這個因素對振動的影響越小，所以要求進一步提升動平衡品質。在綜合分析的基礎上，采用實驗評估的方法，確定本實驗中轉筒動平衡等級要求為G2.5。且當轉筒高工作轉速為1440 r／min時，根據轉筒基本參數，在動平衡等級為G2.5的情況下，計算求得上下平面大允許剩余動不平衡質量均為4.9 g。
　　在本實驗中，隨機選擇3個新制玻璃鋼轉筒作為實驗對象，編號分別為1，2，3。
1.2　轉筒動不平衡量的測量
　　動平衡測量使用北京青云精益檢測設備有限公司設計制造的RLS-1000型雙面懸掛式動平衡機。動平衡轉速選擇為500 r／min，平衡機種類選擇為硬直撐方式、雙面動平衡，動不平衡量參數選擇為動不平衡質量。動平衡校正平面如圖1(b)所示。
　　測得的初始動不平衡質量如表1所示。3個轉筒上下平面初始動不平衡質量均大于4.9 g，未達到所要求的動平衡等級，需要進行動平衡校正。

1.3　玻璃鋼轉筒動平衡的校正
　　由于玻璃鋼密度低，且不可焊接，對玻璃鋼轉筒的動不平衡量的校正不能沿襲傳統金屬材料面采用填埋鉛屑的加重方式進行校正，而對于轉筒下部校正平面，是將玻璃砂與樹脂按一定比例配成溶膠狀物質，填充至轉筒下部導流板形成的腔體內，混合物固化后與轉筒粘結成一體，從而實現校正。
　　由于玻璃鋼轉筒材料密度和內部結構的限制上部校正平面打孔深度應小于42 mm，而有限的孔深所填埋的鉛屑質量不一定能滿足動平衡校正量的需要。為了解決此矛盾，如圖2所示，參照平衡刻度盤刻度，假設配重的參考角位位于平衡盤左右相鄰的兩個刻度內，根據動不平衡力的等效和替代，按以下公式將配重分解到與其相鄰的兩個角度相應的位置。

　　其中：m，m₂，m₁分別為需分解配重質量，相鄰大、小角度實際配重質量，g；θ為配重參考角位與平衡盤左側相鄰小刻度的差值，rad。
　　按以上方法對轉筒進行初始校正后 將轉筒安裝在動平衡機上，按照1.2節測量方法再次進行測量。經實驗經驗總結：測得的剩余動不平衡質量高于15 g，則將轉筒從動平衡機上拆卸下來按1.3節校正方法重復校正，直至動不平衡質量低于15 g；如果低于15 g，則不必拆卸轉筒，按去重方式，用打磨機打磨轉筒各校正位置附近外表面，去除相當質量，直至轉筒達到所需的動平衡等級要求。

　　多次校正后，3個轉筒的后剩余動不平衡質量如表2所示。表中各轉筒上下校正面的剩余動不平衡質量均低于4.9 g，表明經過動平衡校正，3個玻璃鋼轉筒都已達到動平衡等級G2．5，說明本實驗所制定的動平衡實驗方案和實驗依據是可行的。

2　水力學實驗

2.1　實驗過程
　　水力學實驗過程參考文獻，分別對動平衡校正前后的轉筒進行實驗，記為實驗A和實驗B，實驗裝置如圖3所示。

　　實驗A：實驗對象為未進行動平衡校正的玻璃鋼轉筒 液體混合物為一定配比的HCl及NaCl溶液?？刂妻D子流量計，使流量從φ=0開始，以0.4m³／h的增量逐步增加至大通量。且從流量φ=0 m³／h開始測起，待設備運行穩定后，使用北京時代TV300便攜式測振儀，選擇磁性吸座與所測位置正確接觸，在振動強烈的方向上，分別測量上軸承位水平方向、下軸承位水平方向、機架水平方向、減震器底部垂直方向和水泥底板垂直方向振動位移(峰-峰)值，待測振儀顯示數值穩定后記錄數據。重復進行3次實驗，求得3組振動值的平均值。
　　實驗B：將實驗A中的轉筒進行動平衡校正后，再按實驗A的方法測得不同通量下的振動數據。
2.2　實驗數據分析
　　本文針對1.1節中3個玻璃鋼轉筒進行了水力學實驗，分別測量了沒備轉軸上下軸承位、機架、減震器底部和水泥底板的振動值。由于篇幅所限，現只以3號轉筒為例進行說明，實驗數據如圖4所示。

　　在玻璃鋼轉筒進行動平衡校正后，設備各處的振動明顯下降，上軸承位、下軸承位、機架、減震器底部和水泥底板振動降幅分別為72％～94％、86％～100％、94％～99％、97％～100％和74％～100％。同時由各圖中的實驗A和實驗B曲線還可以得到，玻璃鋼轉筒進行動平衡校正前后，設備負載(通量φ＞0)運行的振動值與空載(通量φ=0)時相比，平均增幅小于8％，尤其是動平衡校正后設備負載振動值與空載時相比(實驗B曲線)，振動變化更加平緩，說明液體沖擊轉筒對振動的影響效果甚微。
　　對其他轉筒的實驗數據進行分析，也得到同樣的結論。各轉筒實驗結果的綜合分析表明，工況下，引起設備劇烈振動的主要因素是玻璃鋼轉筒的動不平衡，而液態混合物沖擊轉筒對設備振動的影響并不明顯，提升轉筒動平衡品質即能大幅度降低設備振動，且保證設備平穩運行。

3　結　論

　　(1)玻璃鋼轉筒進行動平衡校正前后，設備負載運行與空載時相比，振動值平均增幅小于8％，驗證了轉筒的動不平衡是引起φ300玻璃鋼環隙式離心萃取器振動較大的主要因素。
　　(2)玻璃鋼轉筒校正后的離心萃取器，整體振動降幅在72％以上，工作狀態穩定。玻璃鋼轉筒在500 r／min轉速下進行動平衡校正是可行的、有效的。