摘 要：对Φ300玻璃钢环隙式离心萃取器玻璃钢转筒进行动平衡校正实验研究，并模拟工况对该设备进行水力学实验。玻璃钢转筒进行动平衡校正前后，设备负载运行与空载时相比，振动值平均增幅小于8％，验证了转子动不平衡是导致设备振动较大的主要因素；同时，校正后的离心萃取器整体振动值降幅高于72％，表明玻璃钢转子在500 r／min下进行动平衡校正是有效可行的。

关键词：环隙式离心萃取器；玻璃钢转筒；动平衡；水力学实验

引　言

　　环隙式离心萃取器结构简单、操作方便，已广泛应用于医药、化工、石油、冶金、核能、废水处理等领域” 。
　　清华大学核研院新近开发研制的Φ300玻璃钢环隙式离心萃取器，因化工生产中的振动剧烈，使其转轴轴承使用寿命降低，生产的连续性和设备的可靠性因此减弱，用户维护成本增加。因为玻璃钢转筒采用手工制作而成，材料组织难以均匀分布，导致结构局部不对称，从而通过转筒重心的主惯性轴与旋转轴线不重合，旋转时产生不平衡离心力，即形成玻璃钢转筒的动不平衡。不平衡离心力过大会导致转轴及轴承失效，同时玻璃钢转筒在液相环境中运行时，液相产生的水力冲击均会造成设备振动剧烈。因此引起设备剧烈振动的原因可能来自于两个方面：一方面是设备核心部件玻璃钢转筒的动不平衡；另一方面是源于液液萃取分离过程中液态混合物对转筒的冲击。
　　鉴于此，本文提出一种实验检验方案，先对玻璃钢转筒进行动平衡校正处理，然后通过进行水力学实验来验证动平衡校正的有效性以及液态混合物冲击转筒的影响，从而检验两方面对设备振动的影响效果。

1　玻璃钢转筒动平衡校正实验

1.1　刚性转子动平衡
　　经查阅文献，到目前未发现针对玻璃钢材质的转子进行动平衡校正的实例，因此缺乏可行的标准和依据供本实验参考，故而需要根据实际情况自行制定。在实际生产应用中，Φ300玻璃钢环隙式离心萃取器(见图1(a))高工作转速为1440 r／min，经反复研究计算，在此速度下玻璃钢转筒不会产生挠变。据此，在本实验中将玻璃钢转筒视为刚性转子，从而可以对其进行低速动平衡校正。

　　参考恒态(刚性)转子的平衡品质分级指南，转筒只需达到G6.3平衡等级即可。但在水力学实验中，转筒动平衡等级越高，动不平衡这个因素对振动的影响越小，所以要求进一步提升动平衡品质。在综合分析的基础上，采用实验评估的方法，确定本实验中转筒动平衡等级要求为G2.5。且当转筒高工作转速为1440 r／min时，根据转筒基本参数，在动平衡等级为G2.5的情况下，计算求得上下平面大允许剩余动不平衡质量均为4.9 g。
　　在本实验中，随机选择3个新制玻璃钢转筒作为实验对象，编号分别为1，2，3。
1.2　转筒动不平衡量的测量
　　动平衡测量使用北京青云精益检测设备有限公司设计制造的RLS-1000型双面悬挂式动平衡机。动平衡转速选择为500 r／min，平衡机种类选择为硬直撑方式、双面动平衡，动不平衡量参数选择为动不平衡质量。动平衡校正平面如图1(b)所示。
　　测得的初始动不平衡质量如表1所示。3个转筒上下平面初始动不平衡质量均大于4.9 g，未达到所要求的动平衡等级，需要进行动平衡校正。

1.3　玻璃钢转筒动平衡的校正
　　由于玻璃钢密度低，且不可焊接，对玻璃钢转筒的动不平衡量的校正不能沿袭传统金属材料面采用填埋铅屑的加重方式进行校正，而对于转筒下部校正平面，是将玻璃砂与树脂按一定比例配成溶胶状物质，填充至转筒下部导流板形成的腔体内，混合物固化后与转筒粘结成一体，从而实现校正。
　　由于玻璃钢转筒材料密度和内部结构的限制上部校正平面打孔深度应小于42 mm，而有限的孔深所填埋的铅屑质量不一定能满足动平衡校正量的需要。为了解决此矛盾，如图2所示，参照平衡刻度盘刻度，假设配重的参考角位位于平衡盘左右相邻的两个刻度内，根据动不平衡力的等效和替代，按以下公式将配重分解到与其相邻的两个角度相应的位置。

　　其中：m，m₂，m₁分别为需分解配重质量，相邻大、小角度实际配重质量，g；θ为配重参考角位与平衡盘左侧相邻小刻度的差值，rad。
　　按以上方法对转筒进行初始校正后 将转筒安装在动平衡机上，按照1.2节测量方法再次进行测量。经实验经验总结：测得的剩余动不平衡质量高于15 g，则将转筒从动平衡机上拆卸下来按1.3节校正方法重复校正，直至动不平衡质量低于15 g；如果低于15 g，则不必拆卸转筒，按去重方式，用打磨机打磨转筒各校正位置附近外表面，去除相当质量，直至转筒达到所需的动平衡等级要求。

　　多次校正后，3个转筒的后剩余动不平衡质量如表2所示。表中各转筒上下校正面的剩余动不平衡质量均低于4.9 g，表明经过动平衡校正，3个玻璃钢转筒都已达到动平衡等级G2．5，说明本实验所制定的动平衡实验方案和实验依据是可行的。

2　水力学实验

2.1　实验过程
　　水力学实验过程参考文献，分别对动平衡校正前后的转筒进行实验，记为实验A和实验B，实验装置如图3所示。

　　实验A：实验对象为未进行动平衡校正的玻璃钢转筒 液体混合物为一定配比的HCl及NaCl溶液。控制转子流量计，使流量从φ=0开始，以0.4m³／h的增量逐步增加至大通量。且从流量φ=0 m³／h开始测起，待设备运行稳定后，使用北京时代TV300便携式测振仪，选择磁性吸座与所测位置正确接触，在振动强烈的方向上，分别测量上轴承位水平方向、下轴承位水平方向、机架水平方向、减震器底部垂直方向和水泥底板垂直方向振动位移(峰-峰)值，待测振仪显示数值稳定后记录数据。重复进行3次实验，求得3组振动值的平均值。
　　实验B：将实验A中的转筒进行动平衡校正后，再按实验A的方法测得不同通量下的振动数据。
2.2　实验数据分析
　　本文针对1.1节中3个玻璃钢转筒进行了水力学实验，分别测量了没备转轴上下轴承位、机架、减震器底部和水泥底板的振动值。由于篇幅所限，现只以3号转筒为例进行说明，实验数据如图4所示。

　　在玻璃钢转筒进行动平衡校正后，设备各处的振动明显下降，上轴承位、下轴承位、机架、减震器底部和水泥底板振动降幅分别为72％～94％、86％～100％、94％～99％、97％～100％和74％～100％。同时由各图中的实验A和实验B曲线还可以得到，玻璃钢转筒进行动平衡校正前后，设备负载(通量φ＞0)运行的振动值与空载(通量φ=0)时相比，平均增幅小于8％，尤其是动平衡校正后设备负载振动值与空载时相比(实验B曲线)，振动变化更加平缓，说明液体冲击转筒对振动的影响效果甚微。
　　对其他转筒的实验数据进行分析，也得到同样的结论。各转筒实验结果的综合分析表明，工况下，引起设备剧烈振动的主要因素是玻璃钢转筒的动不平衡，而液态混合物冲击转筒对设备振动的影响并不明显，提升转筒动平衡品质即能大幅度降低设备振动，且保证设备平稳运行。

3　结　论

　　(1)玻璃钢转筒进行动平衡校正前后，设备负载运行与空载时相比，振动值平均增幅小于8％，验证了转筒的动不平衡是引起φ300玻璃钢环隙式离心萃取器振动较大的主要因素。
　　(2)玻璃钢转筒校正后的离心萃取器，整体振动降幅在72％以上，工作状态稳定。玻璃钢转筒在500 r／min转速下进行动平衡校正是可行的、有效的。