張洪彬

(哈爾濱商業(yè)大學(xué))

制冷機(jī)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡技術(shù)的研究

張洪彬

(哈爾濱商業(yè)大學(xué))

基于現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)，通過(guò)對(duì)制冷機(jī)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡性能的分析，推導(dǎo)出制冷機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡過(guò)程中的單位質(zhì)量影響系數(shù)，便可方便地推算出風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的實(shí)際配重，從而簡(jiǎn)便有效的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)配重工作。

制冷機(jī);冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)子;現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡

0 前言

制冷機(jī)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)子在工作過(guò)程中，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)不平衡的狀況，是制冷機(jī)的常見(jiàn)故障之一，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的不平衡要引起使用者高度重視，因?yàn)樗鼘⒁痫L(fēng)扇及強(qiáng)烈的振動(dòng)，但是風(fēng)扇如果出現(xiàn)不平衡，要是將其解體分析，會(huì)很麻煩，因此是否可以在不解體的情況下，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的現(xiàn)場(chǎng)平衡技術(shù)是我們探索的方法之一?；谶@種思路，現(xiàn)力求給出一種制冷機(jī)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)子在不解體的前提下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)平衡。

1 建立制冷機(jī)冷卻用風(fēng)扇轉(zhuǎn)子振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型

如圖1所示為一制冷機(jī)冷卻風(fēng)扇簡(jiǎn)化的單自由度振動(dòng)系統(tǒng)圖。設(shè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n(rpm)，則有ω=2πn/60，那么有相應(yīng)的關(guān)系式

式中:M為風(fēng)扇的總質(zhì)量，kg;c為轉(zhuǎn)子的阻尼系數(shù);k為轉(zhuǎn)子的彈性系數(shù);m為轉(zhuǎn)子的偏心質(zhì)量，kg;e為轉(zhuǎn)子的偏心距，mm;ω為轉(zhuǎn)子的工作頻率，Hz;x(t)為風(fēng)扇振動(dòng)的幅值響應(yīng)，mm。

圖1 內(nèi)燃機(jī)冷卻風(fēng)扇動(dòng)力學(xué)模型

解此方程，得

式中:θ為相位差，且

設(shè)系統(tǒng)的固有角頻率為 ω0，且令 λ =ω/ω0，ζ=ω20/(2M)則

討論:(1)對(duì)于幅頻特性:

當(dāng) λ ＜ ＜1(λ→0)時(shí)，xA→0;

當(dāng)λ＞＞1時(shí)，且ξ很小，xA=me/M=const;

當(dāng) λ→1時(shí)，xA=me/(2Mξ)，因?yàn)?ξ很小，所以 xA出現(xiàn)峰值。

(2)對(duì)于相頻特性。

當(dāng)λ→1時(shí)，無(wú)論ξ多大，θ=π/2;

當(dāng) ξ→0，λ 由1-→1時(shí)，θ=0;

λ由1+→1時(shí)，θ=π/2。

(3)轉(zhuǎn)子不平衡的振動(dòng)過(guò)程。

當(dāng)轉(zhuǎn)子剛啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)響應(yīng)為零，隨著轉(zhuǎn)速的提高，振幅隨之加大，xA↑;

當(dāng) n=ω0/(2π)時(shí)，xA→me/(2ξ);

當(dāng) n＞ ＞ ω0/(2π)時(shí)，xA=me/M。

2 不解體情況下制冷機(jī)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)平衡

所謂不解體就是在在不拆卸轉(zhuǎn)子的情況下，在現(xiàn)場(chǎng)安裝各種測(cè)試傳感器，對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子機(jī)械系統(tǒng)自身消除me的過(guò)程，在現(xiàn)場(chǎng)可直接觀測(cè)其平衡效果。如圖2所示為轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)裝置，其實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)平衡過(guò)程如下。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)裝置

圖3 振動(dòng)量矢量圖

第一步:啟動(dòng)制冷機(jī)，使欲平衡的轉(zhuǎn)子保持穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速n，由振動(dòng)傳感器測(cè)得在軸承處的原始振動(dòng)量為A0，則

式中:a0為偏心質(zhì)量;∠α0為偏心質(zhì)量所對(duì)應(yīng)的相位。

然后降速停機(jī)。

第二步:在停機(jī)后，在轉(zhuǎn)子上加上一已知試重UT，則

式中:UT為已知試重質(zhì)量;∠uT為已知配重質(zhì)量所對(duì)應(yīng)的相位。

第三步:再次開機(jī)，使轉(zhuǎn)子再次達(dá)到其工作轉(zhuǎn)速n，測(cè)得軸承處的振動(dòng)量為

由于振動(dòng)量呈現(xiàn)線性特性，根據(jù)線性系統(tǒng)理論可知，如圖3所示A0是由轉(zhuǎn)子原始不平衡量U0引起的，而A1是由U0+UT引起的。故由圖3可知

設(shè):單位質(zhì)量的影響系數(shù)為α，則

影響系數(shù)的物理意義為檢測(cè)過(guò)程中，在轉(zhuǎn)子的圓盤上加裝單位質(zhì)量試重，從而引起轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在檢測(cè)處振動(dòng)位移的變化量，為矢量計(jì)算。

試重消除后，則有

假設(shè)不消除其試重，則實(shí)際配重為

下面用一具體實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明:某工業(yè)用制冷機(jī)的風(fēng)扇以1 459.5 rpm逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，基于不解體檢測(cè)技術(shù)，使用測(cè)振儀測(cè)得原始不平衡量產(chǎn)生的振幅和相位為:A0=5g/∠-40°。加試重后測(cè)得UT=2g/∠-30°，第二次啟動(dòng)后測(cè)得數(shù)據(jù)為A1=9g/∠ -140°。則

那么將實(shí)際試重消除后，有

在不消除試重時(shí)，有

3 結(jié)論

本文對(duì)制冷機(jī)在不解體的情況下，通過(guò)對(duì)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)子不平衡的測(cè)試分析，推導(dǎo)出一套制冷機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)平衡技術(shù)，由分析得知制冷機(jī)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)子為單自由度振動(dòng)系統(tǒng)，這樣，使轉(zhuǎn)子的單位質(zhì)量的影響系數(shù)很容易測(cè)得，也就可以方便地計(jì)算出風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的實(shí)際配重，因此這種方法是在不解體的情況下，在現(xiàn)場(chǎng)較為容易實(shí)施的一種平衡方法。

［1］繆道平.活塞式制冷壓縮機(jī)(第二版)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

［2］屈維德.機(jī)械振動(dòng)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

［3］安勝利.轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)［M］.北京.國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

［4］倪振華.振動(dòng)力學(xué)［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，1988.

U467

C

1008-3383(2012)01-0090-02

2011-10-18

張洪彬(1985-)，男，研究方向:熱能與動(dòng)力工程。