李連海，孟艷玲，王芳，田云，郭永珊，劉亞玲

（沈陽鼓風(fēng)機集團核電泵業(yè)有限公司，遼寧 沈陽 110869）

1 研究的意義

在大型旋轉(zhuǎn)機械系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子是重要組成部分，相當(dāng)于心臟設(shè)備；轉(zhuǎn)子的不平衡會引起轉(zhuǎn)子的振動進(jìn)而影響產(chǎn)品的機械運轉(zhuǎn)、噪音、使用壽命。在旋轉(zhuǎn)機械中由轉(zhuǎn)子不平衡引起的機械故障占60%左右。因此，為了減小機械故障率，保證產(chǎn)品的正常運轉(zhuǎn)，對大噸位旋轉(zhuǎn)機械的動平衡特性研究就非常重要。尤其是對一些雙外懸臂的大型水泵轉(zhuǎn)子，不平衡是造成轉(zhuǎn)子振動的主要原因之一，直接影響水泵機械運轉(zhuǎn)及使用壽命，因此研究屏蔽電動泵轉(zhuǎn)子特別是大噸位水泵轉(zhuǎn)子的動平衡特性具有重要意義。

對于大型旋轉(zhuǎn)機械來說，特別是大噸位轉(zhuǎn)子，在運轉(zhuǎn)之前都需要進(jìn)行動平衡試驗，去除不平衡量。對于在大噸位雙外懸臂支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，在進(jìn)行動平衡試驗的過程中，轉(zhuǎn)子的不平衡量的去重，不僅僅是動平衡機上顯示的數(shù)值，其動平衡試驗與轉(zhuǎn)子的安裝及轉(zhuǎn)子在動平衡實驗前后的狀態(tài)有直接的關(guān)系。

當(dāng)距離支撐位置較近的轉(zhuǎn)子徑向跳動值（方向、量值）發(fā)生了改變，由此引起的轉(zhuǎn)子的質(zhì)量偏心距也發(fā)生了相應(yīng)的變化，進(jìn)而對動平衡的結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響，特別是對于一些要求精度較高的轉(zhuǎn)子。所以在做此類轉(zhuǎn)子動平衡試驗時，需要對動平衡前后的轉(zhuǎn)子狀態(tài)進(jìn)行測量記錄，并在轉(zhuǎn)子動平衡去重時加以考慮。按轉(zhuǎn)子動平衡特性來說此類轉(zhuǎn)子動平衡過程相對來說比其它支撐形式的轉(zhuǎn)子較難操作，需要考慮轉(zhuǎn)子的支撐距離與轉(zhuǎn)子質(zhì)心之間的相對關(guān)系。

2 外雙懸臂支撐動平衡公式

對于常用的剛性轉(zhuǎn)子動平衡：

這是常規(guī)的動平衡計算公式，但是在對雙懸臂外支撐所用到的計算方法與之有一定的不同。

對于圖1所示的情況，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出的計算公式如下，按支撐跨距與校正面之間之比成比例地減小平衡允值：

圖1 轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)示意圖

3 實例

以某產(chǎn)品轉(zhuǎn)子動平衡試驗為例：雙懸臂支撐動平衡，轉(zhuǎn)子的相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上述公式中進(jìn)行轉(zhuǎn)子動平衡允差的計算，動平衡精度要求G1.0，將其運算公式如下。

轉(zhuǎn)子動平衡試驗前軸端高點位置對比及動平衡報告中相位角的對比見圖2、3、4，其中，?標(biāo)注為高點位置圖。

圖2 （首次轉(zhuǎn)子裝配）

圖3 （動平衡試驗前）

圖4 （動平衡試驗后）

動平衡過程：按相關(guān)公式進(jìn)行了前期的剩余不平衡量的計算，并對該轉(zhuǎn)子進(jìn)行了動平衡試驗前的轉(zhuǎn)子徑向跳動檢查，完成后進(jìn)行了首次的轉(zhuǎn)子動平衡試驗。試驗后按動平衡機的數(shù)據(jù)來進(jìn)行平衡去重，去重后進(jìn)行了二次動平衡試驗。試驗結(jié)果與計算值有較小的偏差，認(rèn)為可以繼續(xù)進(jìn)行動平衡去重操作，但是在第二次去重后，第三次動平衡試驗時，發(fā)現(xiàn)去重值與計算值不符并且相位角發(fā)生了較大的偏移，這種情況是以前從來沒有過的。排查了很多原因如動平衡機的原因、操作員主觀原因、轉(zhuǎn)子材料、操作過程控制、轉(zhuǎn)子的存儲環(huán)境，都沒有找到根本原因。最終決定按新產(chǎn)品安裝工藝重新安裝，發(fā)現(xiàn)了在支撐位置較近的位置徑向跳動值發(fā)生了變化，量值及角度都發(fā)生了明顯的變化。圖5為對應(yīng)動平衡數(shù)據(jù)。

圖5 對應(yīng)動平衡數(shù)據(jù)

4 對比分析

通過對上述實例的對比，不難看出當(dāng)轉(zhuǎn)子上形位公差發(fā)生明顯變化時與之對應(yīng)的動平衡試驗結(jié)果也發(fā)生了明顯變化，這與整個轉(zhuǎn)子的質(zhì)心發(fā)生偏移有直接關(guān)系。質(zhì)心偏移所產(chǎn)生的不平衡量為：

其中，e為質(zhì)量偏心距；U為不平衡量；m為轉(zhuǎn)子質(zhì)量。

當(dāng)質(zhì)心偏移180°后與之對應(yīng)的不平衡量也發(fā)生了180°左右的偏移，并且其量值等于偏心不平衡量與轉(zhuǎn)子前期不平衡值的差；特別是對于一些要求動平衡精度較高的轉(zhuǎn)子來說，變化非常明顯。這一特性的發(fā)現(xiàn)，對于查找不平衡量產(chǎn)生的原因具有一定的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)語

以上分析實踐，對大噸位高精度外雙懸臂支撐類轉(zhuǎn)子適用，但對精度要求不高的小型轉(zhuǎn)子應(yīng)謹(jǐn)慎對待。對于轉(zhuǎn)子的動平衡前后的質(zhì)心變化需要做好對比，如果在動平衡去重后，殘余不平衡量與正常計算所得數(shù)值有較大偏差，可以對該轉(zhuǎn)子的形位公差進(jìn)行復(fù)檢。據(jù)悉，在核電行業(yè)、煉油行業(yè)所使用的汽輪機和水輪機及大型水泵都有相關(guān)類似產(chǎn)品，在機組檢修時都會對其轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡試驗（費錢大約一次高速動平衡需要4～10萬，費時由于自己廠家不具備條件，需要返廠或者外協(xié)）。因此建議對動平衡前后的質(zhì)心偏移做好記錄，縮短動平衡周期。