趙曉京 孫永明 張敏 劉大為/西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司

徐建鋒/浙江上風(fēng)高科專(zhuān)風(fēng)實(shí)業(yè)有限公司

應(yīng)用逐件低速動(dòng)平衡方法解決某離心壓縮機(jī)試車(chē)振動(dòng)解析

趙曉京 孫永明 張敏 劉大為/西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司

徐建鋒/浙江上風(fēng)高科專(zhuān)風(fēng)實(shí)業(yè)有限公司

0 引言

我公司生產(chǎn)制造的某離心壓縮機(jī)，在廠內(nèi)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試車(chē)時(shí)軸承箱振動(dòng)速度最大達(dá)12mm/s，大大超出了許用值4mm/ s的技術(shù)要求。為了排查故障原因，分別采用橢圓瓦和可傾瓦、復(fù)查軸承安裝、找正等措施后分別試車(chē)；接著又對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了高速動(dòng)平衡校正,雖然振動(dòng)有所減小但仍然超標(biāo)，問(wèn)題未能解決。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況初步排除了找正、機(jī)組和軸承安裝、軸承油膜振蕩等原因?qū)C(jī)組振動(dòng)的可能性，引起機(jī)組振動(dòng)的根源是其他原因引起的。

1 機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)及機(jī)組結(jié)構(gòu)介紹

該離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。壓縮機(jī)采用單懸臂支承結(jié)構(gòu)，定子與齒輪箱組合為一體，電機(jī)與齒輪箱之間采用疊片撓性聯(lián)軸器。轉(zhuǎn)子由小齒輪輪軸、葉輪、流線(xiàn)頭、防松墊片等組成，葉輪熱裝在變速器小齒輪軸上，見(jiàn)圖2。機(jī)組軸功率150kW，介質(zhì)為空氣，額定轉(zhuǎn)速10 450r/ min，轉(zhuǎn)子重量111kg，軸承箱振動(dòng)速度允許值≤4mm/s。

圖1 離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2 離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

2 離心壓縮機(jī)試車(chē)振動(dòng)原因分析

離心壓縮機(jī)前期進(jìn)行了20余次試車(chē)，分別采用橢圓瓦和可傾瓦、復(fù)查軸承安裝、找正等措施后分別試車(chē)，振動(dòng)仍然超標(biāo)。接著又多次實(shí)施了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，去重后試車(chē)，振幅值達(dá)130μm。又對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了高速動(dòng)平衡校正，也未能解決振動(dòng)問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況我們初步排除了找正、機(jī)組和軸承安裝、軸承油膜振蕩等原因機(jī)組振動(dòng)的可能性，說(shuō)明機(jī)組試車(chē)振動(dòng)有著更深層次復(fù)雜原因，于是對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行全面的檢查和分析。

在對(duì)轉(zhuǎn)子打表檢查中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉輪端面跳動(dòng)值達(dá)0.35mm，在進(jìn)行轉(zhuǎn)子低速動(dòng)平衡時(shí)發(fā)現(xiàn)存在力偶型動(dòng)不平衡，進(jìn)行一次平衡后仍然還存在4 200g·mm的力偶不平衡量，相當(dāng)于前后盤(pán)有20g不平衡量。葉輪及轉(zhuǎn)子是嚴(yán)格按照工藝進(jìn)行低速動(dòng)平衡校正的，仍存在較大的力偶不平衡量。通過(guò)對(duì)葉輪轉(zhuǎn)子的平衡全工藝過(guò)程進(jìn)行分析，一方面葉輪的動(dòng)平衡是在超速工裝上進(jìn)行葉輪的動(dòng)平衡校正和超速試驗(yàn)的，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)超速工裝本身的不平衡量誤差很大，在超速軸上進(jìn)行葉輪平衡時(shí)，葉輪平衡校正就成了假象；另一方面葉輪平衡和超速后組裝成轉(zhuǎn)子再進(jìn)行低速動(dòng)平衡，平衡校正面一個(gè)選擇在葉輪上，一個(gè)選擇在高速軸上，通過(guò)常規(guī)的低速平衡、現(xiàn)場(chǎng)平衡等措施都不可能真正消除轉(zhuǎn)子的力偶不平衡量，即使在高速平衡機(jī)上，由于校正面數(shù)量的限制，有些情況下，具有較大不平衡力偶的葉輪也很難被識(shí)別出來(lái)，即使勉強(qiáng)完成，也會(huì)造成某種類(lèi)型的假象平衡。這樣會(huì)使葉輪本身和其它部件自身的不平衡量沒(méi)能真正消除，表面上看轉(zhuǎn)子在低速平衡（剛性狀態(tài)下）時(shí)是平衡的，而在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（轉(zhuǎn)子呈柔性狀態(tài)下）卻是不平衡的。

3 逐件低速動(dòng)平衡技術(shù)在某系列風(fēng)機(jī)制造過(guò)程的應(yīng)用

前面已經(jīng)分析各單件存在不平衡，低速動(dòng)平衡時(shí)葉輪和小齒輪軸已經(jīng)組裝成轉(zhuǎn)子，平衡校正面一端在葉輪上，一端在高速軸上，這樣做平衡后轉(zhuǎn)子整體的不平衡量消除了，但葉輪本身和其它部件自身的不平衡量依然存在。低轉(zhuǎn)速條件下，轉(zhuǎn)子是平衡的，而該離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速為10 450r/min，高轉(zhuǎn)速時(shí)各部件自身的不平衡量就會(huì)暴露出來(lái)。因此提出了逐件低速動(dòng)平衡的解決方法，所謂逐件低速動(dòng)平衡就是對(duì)每一部件進(jìn)行單獨(dú)平衡，然后組裝轉(zhuǎn)子，安裝一個(gè)部件進(jìn)行一次平衡，減小最后平衡的累計(jì)誤差。

3.1 整改方案

1）拆卸小齒輪軸和葉輪，對(duì)葉輪內(nèi)孔、端面、內(nèi)外圓的同心度進(jìn)行檢查，確保葉輪形位公差在設(shè)計(jì)許可范圍內(nèi)。

2）制作葉輪動(dòng)平衡專(zhuān)用工裝軸對(duì)葉輪單獨(dú)進(jìn)行低速動(dòng)平衡，平衡校正面設(shè)置在靠近口圈的端面和軸盤(pán)端面,平衡精度等級(jí)G1.0。

3）對(duì)齒輪軸單獨(dú)進(jìn)行低速動(dòng)平衡，確保殘余不平衡量在許可范圍內(nèi)。

4）安裝配重套后對(duì)齒輪軸進(jìn)行低速動(dòng)平衡。

5）安裝葉輪后對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行低速動(dòng)平衡，蓋盤(pán)去重應(yīng)盡量靠近口圈和口圈內(nèi)表面，這樣容易分離力偶。

6）裝流線(xiàn)頭后轉(zhuǎn)子再低速動(dòng)平衡。首先檢查葉輪口圈和軸盤(pán)力偶不平衡量，才可以裝流線(xiàn)頭再平衡，此時(shí)只能在流線(xiàn)頭上去重以消除流線(xiàn)頭本身不平衡誤差。

3.2 整改結(jié)果

逐件低速動(dòng)平衡方法要求葉輪單獨(dú)動(dòng)平衡，并從齒輪軸開(kāi)始，每裝一個(gè)主要零部件，就進(jìn)行一次低速動(dòng)平衡，并且每次只能在新裝零件上去重、校驗(yàn)。用低速動(dòng)平衡實(shí)行動(dòng)平衡校正后轉(zhuǎn)子真正達(dá)到內(nèi)在平衡狀態(tài)，該離心壓縮機(jī)一次試車(chē)成功，軸承箱振動(dòng)速度為1.0～1.5mm/s。

4 結(jié)論

4.1 葉輪使用超速工裝進(jìn)行低速平衡，整機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行一次兩個(gè)面的動(dòng)平衡校正的方法，通過(guò)常規(guī)的低速平衡、現(xiàn)場(chǎng)平衡等措施都不可能真正消除轉(zhuǎn)子的力偶不平衡量，即使在高速平衡機(jī)上，由于校正面數(shù)量的限制，有些情況下，具有較大不平衡力偶的葉輪也很難被識(shí)別出來(lái)，即使勉強(qiáng)完成，也會(huì)造成某種類(lèi)型的假象平衡。

4.2 通過(guò)逐件低速動(dòng)平衡方法保證轉(zhuǎn)子每個(gè)主要部件上的不平衡量都得到很好的消除，提高轉(zhuǎn)子的內(nèi)在平衡品質(zhì)，這也是符合“JBT4113整體齒輪增速組裝型離心壓縮機(jī)”的制造要求。

4.3 在解決試車(chē)故障的過(guò)程中提出的建議：

1）將葉輪內(nèi)孔長(zhǎng)徑比統(tǒng)一到0.85以上。葉輪內(nèi)孔長(zhǎng)徑比小，熱裝后葉輪容易偏擺，產(chǎn)生較大力偶不平衡量。增大葉輪內(nèi)孔長(zhǎng)徑比，便于葉輪的熱裝定位，減少由于熱裝產(chǎn)生的力偶不平衡對(duì)轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的影響。

2）單葉輪、單懸臂轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮增加配重套，通過(guò)配重套可以降低轉(zhuǎn)子低速平衡校正的難度和次數(shù)。

3）葉輪應(yīng)該在專(zhuān)用平衡工裝上進(jìn)行低速動(dòng)平衡試驗(yàn)，葉輪在進(jìn)行低速動(dòng)平衡之前，需要對(duì)工裝進(jìn)行動(dòng)平衡檢驗(yàn)，葉輪動(dòng)平衡時(shí)，兩個(gè)補(bǔ)償面必須都在葉輪上。

4）齒輪軸、配重套、葉輪、流線(xiàn)頭應(yīng)進(jìn)行逐件動(dòng)平衡，平衡應(yīng)在每個(gè)主要部件裝上后進(jìn)行，平衡校正只能在剛裝上的那個(gè)零件上進(jìn)行。

[1]安勝利，楊黎明.轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2007.4.

[2]周仁睦著.轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡原理、方法和標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1992.3

[3]黃志堅(jiān).機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障檢測(cè)與診斷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.6

[4]劉偉，姜梅.離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子低速動(dòng)平衡法[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2007(10)47-50.

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本文主要對(duì)某離心壓縮機(jī)在廠內(nèi)試車(chē)過(guò)程中振動(dòng)超標(biāo)的問(wèn)題進(jìn)行深入分析，指出了目前采用的葉輪低速平衡校正方法，不能使葉輪本身和其它部件自身的不平衡量真正消除。應(yīng)用整機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行一次兩個(gè)面的動(dòng)平衡工藝方法，轉(zhuǎn)子在低速平衡（剛性狀態(tài)下）時(shí)是平衡的，但在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下轉(zhuǎn)子仍然存在較大的不平衡量。因此，提出逐件低速動(dòng)平衡方法，解決了該離心壓縮機(jī)試車(chē)振動(dòng)故障。

離心壓縮機(jī)；低速動(dòng)平衡；逐件動(dòng)平衡

Applysequentialunitandmultiple plane low speed dynamic balancing method to solve the vibration of a centrifugal compressor

Zhao Xiao jing,SunYong ming,Zhang Min, Liu Da wei/Xi’an ShaanGu Power Co.,LTD Xu Jianfeng/Zhejiang Shangfeng Special Blower Industrial Co.,LTD

centrifugal compressor,low speed balancing,sequential unit dynamic balancing method

TH452；TK05

A

1006-8155（2015）06-0086-03

10.16492/j.fjjs.2015.06.0143

2015-05-19陜西西安710611

Abstract:Thispaperfocusesonthe exceedingvibrationofacentrifugal compressor during the test plant,points out that the low speed balancing method of impellercannotmaketheunbalance impeller itself and other parts of its own real elimination.Using once balancing with two plane method,the rotor in the low speed(rigid state)is balanced,but in high speed operation still exist a large amount of unbalance.Therefore,the sequential unit and multiple plane low speed dynamic balancing method is advanced,and this methodsolvesthevibrationofthe centrifugal compressor.