袁 博/西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司

溫廣瑞/西安交通大學(xué)

一種現(xiàn)場(chǎng)修正燒結(jié)機(jī)轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的方法*

袁 博/西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司

溫廣瑞/西安交通大學(xué)

0 引言

燒結(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子為單葉輪雙支撐結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子葉輪直徑可以做到3～4m，工作轉(zhuǎn)速一般為1 000r/min或1 500r/min。燒結(jié)機(jī)機(jī)組的振動(dòng)烈度是以殼體的振動(dòng)速度為度量標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡精度等級(jí)為G4.0，燒結(jié)機(jī)轉(zhuǎn)子在出廠前，需做低速動(dòng)平衡校正。

某燒結(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，在葉輪的蓋盤處出現(xiàn)了磨損和隱形裂紋。為了保證該轉(zhuǎn)子能夠長(zhǎng)期、安全、可靠運(yùn)行，需在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該轉(zhuǎn)子進(jìn)行修復(fù)處理。在具體的修復(fù)處理過程中，需要拆掉蓋盤外圓處的原始平衡塊，并在此位置焊接加強(qiáng)圈，當(dāng)修復(fù)完成后，該轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)遭到嚴(yán)重的破壞。一般情況下，平衡狀態(tài)遭到嚴(yán)重破壞的燒結(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子需返廠或在附近的低速平衡機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡校正，為了保證檢修后能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校正，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施了轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的修正方法。

1 動(dòng)平衡原理

凡是只能在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下才能測(cè)定轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量所在方位，以及確定平衡重量應(yīng)加的位置和大小，這種方法稱為動(dòng)平衡。動(dòng)平衡不但能消除動(dòng)不平衡的力偶，而且還能消除靜不平衡的離心力，所以，它可以適用于找各種轉(zhuǎn)子的平衡。如離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子、大型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子等。

慣性力矢量和為零，同時(shí)慣性力產(chǎn)生的力矩矢量和也為零，即：式中，F(xiàn)為轉(zhuǎn)子慣性力；Fb為所加的平衡慣性力；為轉(zhuǎn)子本身的慣性力矢量和；M為轉(zhuǎn)子慣性力產(chǎn)生的力矩；Mb為所加平衡力產(chǎn)生的力矩；為轉(zhuǎn)子本身的慣性力產(chǎn)生的力矩矢量和。

轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡條件為：

動(dòng)平衡測(cè)量時(shí)要求轉(zhuǎn)子能在支承系統(tǒng)上被驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，支承系統(tǒng)必須有必要的自由度，以保證支承系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子離心力的作用下產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子不平衡量成正比的有規(guī)律振動(dòng)。這樣，轉(zhuǎn)子與支承系統(tǒng)就組成了一定形式的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，通過測(cè)量支承的振動(dòng)而獲得轉(zhuǎn)子校正平面上的不平衡量大小和相位，進(jìn)而實(shí)施校正（去重或加重），這就是動(dòng)平衡的基本原理[1]。

2 方法介紹

燒結(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子屬于剛性轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子出廠前，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行低速動(dòng)平衡校正，較正面一般選擇兩端蓋盤并靠近葉輪外圓的位置。雙面低速動(dòng)平衡校正技術(shù)，平衡效果非常明顯。轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工程中，相比單面低速動(dòng)平衡校正，雙面低速動(dòng)平衡校正后的轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行中，更加穩(wěn)定。另外，雙面動(dòng)平衡校正的平衡塊，一側(cè)蓋盤布置一塊平衡塊。

轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡狀態(tài)的修正預(yù)處理，具體措施是在轉(zhuǎn)子兩個(gè)校正面上同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)平衡校正，控制校正后的轉(zhuǎn)子殘余不平衡量，以保證轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的殘余動(dòng)不平衡量是在許用范圍內(nèi)，該動(dòng)平衡方法屬于一種修正的雙面平衡。

該套燒結(jié)風(fēng)機(jī)組（圖1）是由燒結(jié)風(fēng)機(jī)、膜片聯(lián)軸器及電機(jī)組成，轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)速為1 500r/min，屬于剛性轉(zhuǎn)子。為了不破壞轉(zhuǎn)子原始的平衡狀態(tài)，修正后所加平衡塊所產(chǎn)生的慣性力必須與原始平衡塊所產(chǎn)生的慣性力相同，并且所加的位置不變，即：保持相同。

雙面平衡修正的計(jì)算公式如下：

式中：Pa，Pb為A，B兩面蓋盤的加重重量，g；W為被平衡轉(zhuǎn)子的重量，kg；RA，RB為A，B兩面蓋盤的加重半徑，mm；為A，B兩面蓋盤的加重質(zhì)量的變化量，可為正數(shù)、負(fù)數(shù)或零，g；為轉(zhuǎn)子質(zhì)量W的變化量，可為正數(shù)、負(fù)數(shù)或零，kg。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1準(zhǔn)備

3.1.1 查閱圖紙，確定相關(guān)參數(shù)

轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速n=1 500r/min

葉輪直徑D=2 910mm

轉(zhuǎn)子重量W=7 585kg

動(dòng)平衡精度等級(jí)G=4.0

3.1.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量葉輪蓋盤A，B兩面初始平衡塊的焊接半徑RA，RB，現(xiàn)場(chǎng)稱重葉輪蓋盤A，B兩面平衡塊的重量Pa，Pb，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量修正后葉輪蓋盤A，B兩面的加重半徑變化量，結(jié)合實(shí)際焊接焊條的數(shù)量計(jì)算出轉(zhuǎn)子重量的變化量。各相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)如下：

蓋盤A面加重半徑RA=1 305mm

蓋盤B面加重半徑RB=1 355mm

蓋盤A面加重重量Pa=4 832g

蓋盤B面加重重量Pb=2 285g

3.2計(jì)算

修正后的葉輪蓋盤A，B兩面平衡塊要焊接到兩側(cè)蓋盤上所需焊條分別為9根和6根，那么所需焊條重量分別為c=9×20=180g，d=6×20=120g，實(shí)際修正后所加的平衡塊重量和分別為：

修復(fù)完成后，在葉輪蓋盤A，B兩面分別焊接修正后的平衡塊，要求如下：

1）由于軸承箱的殼體振動(dòng)速度與擾動(dòng)力的角度差(滯后或超前角)不變，因此修正后的平衡塊加重角度與初始平衡塊的加重角度保持一致。

2）平衡塊的形狀與初始平衡塊的形狀保持一致，均為等腰梯形。

3）測(cè)量出修正后平衡塊的加重半徑，并準(zhǔn)確判斷出平衡塊的重心。

4）準(zhǔn)確估算出初始平衡塊的重量，估算過程中，需考慮焊接平衡塊所需焊條的重量。

3.3操作

現(xiàn)場(chǎng)修正燒結(jié)機(jī)轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的方法，可最大程度的恢復(fù)燒結(jié)機(jī)轉(zhuǎn)子檢修前初始平衡狀態(tài)，避免因平衡狀態(tài)遭到較大破壞而無(wú)法開機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校正。

在葉輪蓋盤A，B兩面焊接修正后的平衡塊，根據(jù)修正后轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的實(shí)際振動(dòng)速度，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校正。表1為修正后和現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校正后的振動(dòng)采集儀及DCS顯示的各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度。圖2是現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校正后，燒結(jié)機(jī)正式投產(chǎn)運(yùn)行50小時(shí)后的振動(dòng)數(shù)據(jù)（軸承箱垂直方向振動(dòng)速度）。

表1 動(dòng)平衡校正前后數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié)論

1）現(xiàn)場(chǎng)修正燒結(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的方法，最大程度恢復(fù)燒結(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子檢修前原始平衡狀態(tài)，避免了因平衡狀態(tài)遭到較大破壞而無(wú)法開機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校正的問題。

2）在現(xiàn)場(chǎng)的具體實(shí)施過程中，操作人員需準(zhǔn)確的計(jì)算出平衡塊的重量，估算出焊條重量，判斷加重半徑和角度，盡量減小累積誤差對(duì)平衡修正效果的影響。

3）平衡狀態(tài)遭到嚴(yán)重破壞的燒結(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，需打開機(jī)殼，吊出轉(zhuǎn)子，并且返廠或在附近的低速平衡機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡校正，校正完后，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝等。該方法的應(yīng)用，極大的縮短了檢修周期，降低了檢修成本。并且可保障機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行，為客戶挽回因檢修周期延長(zhǎng)而停產(chǎn)所造成的經(jīng)濟(jì)損失。

4）該方法是動(dòng)平衡原理在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用上的延伸，并且完全滿足了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的條件，因此該方法不僅適用于剛性轉(zhuǎn)子，也可適用于柔性轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡狀態(tài)的修正。

[1]楊建剛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析與工程應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社，2007.

：為避免燒結(jié)機(jī)轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)過程中平衡狀態(tài)破壞導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)異常，本文提出一種現(xiàn)場(chǎng)修正燒結(jié)機(jī)轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的方法。該方法綜合考慮轉(zhuǎn)子在整體結(jié)構(gòu)、阻尼、支撐剛度、角速度等不變的條件下，軸承箱的殼體振動(dòng)速度與擾動(dòng)力的角度不變的特性，運(yùn)用剛性轉(zhuǎn)子重量、加重半徑、加重重量的關(guān)系，采用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡質(zhì)量校正技術(shù)，保障機(jī)組可正常穩(wěn)定運(yùn)行。

燒結(jié)風(fēng)機(jī)；轉(zhuǎn)子；質(zhì)量校正；不平衡狀態(tài)

A Method for Correcting the Rotor Ba lance on Site in a Sintered Exhauster

Yuan Bo/Xi'an Shaangu PowerCo.,Ltd
Wen Guang-rui/Xi'an Jiaotong University

sintered exhauster;rotor;mass correction;unbalance

TH432.1；TK05

A

1006-8155（2016）06-0085-03

10.16492/j.fjjs.2016.06.0171

*資助項(xiàng)目：西安市科技計(jì)劃項(xiàng)目（CXY1402）

Abstract:To avoid a vibration fault caused by an unbalanced rotor inasintered exhauster,this paper presents a method to correct the rotor balance.Themethod dealswith the unbalance faultby calculating the relation equation of the rigid rotor weight,the weighting block radius and weighting block weight,which are under the conditions of structure,damp,support stiffness,and angular velocity of the rotor.The vibration velocity of the bearing box volute and the forcingangleiskeptconstant.