張帝

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司 透平工藝部，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，又稱(chēng)整機(jī)動(dòng)平衡，是利用較常見(jiàn)的測(cè)振儀器，直接在工作機(jī)械上對(duì)失衡轉(zhuǎn)子加以檢測(cè)平衡。與轉(zhuǎn)子在專(zhuān)門(mén)的平衡機(jī)上平衡相比，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡具有一些顯著的，甚至是不可替代的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡是指不用把轉(zhuǎn)子從機(jī)器中取出來(lái)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)校正的一種平衡方法。具有工作量小、快速等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡常用的方法有三元法現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡和矢量法現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。三元法現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡需要機(jī)器反復(fù)起停多次，把圓周方向均分三處，在每處分別加等量配重并計(jì)算配重對(duì)振幅的影響，最后根據(jù)振幅的變化算出理論位置輕點(diǎn)。在輕點(diǎn)位置加配重達(dá)到平衡轉(zhuǎn)子的目的。但是針對(duì)那些加配重振動(dòng)變化不敏感的轉(zhuǎn)子，三元法現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡平衡的精度不高，平衡失敗的情況也很多。本文介紹的是矢量法現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，主要是依據(jù)振動(dòng)相位及振動(dòng)數(shù)值在聯(lián)軸器上加重對(duì)機(jī)組進(jìn)行校平衡的方法。矢量法現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡只通過(guò)一次配重便能計(jì)算出理論重點(diǎn)，大大提高現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的效率。

1 準(zhǔn)備工作

1.1 原始振動(dòng)數(shù)據(jù)的選取

原始振動(dòng)的選擇包括振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的選擇和振動(dòng)數(shù)據(jù)的選擇。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡之前，必須對(duì)原始振動(dòng)進(jìn)行認(rèn)真篩選，要對(duì)振動(dòng)大的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行初步分析，如存在工頻為主、振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化敏感、帶負(fù)荷過(guò)程中振動(dòng)值增大且相位穩(wěn)定等現(xiàn)象，初步分析認(rèn)為存在轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象。平衡哪個(gè)轉(zhuǎn)子就要以該轉(zhuǎn)子兩端軸承的數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù)?，F(xiàn)在機(jī)組都安裝有在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于測(cè)量機(jī)組機(jī)械狀態(tài)各項(xiàng)參數(shù)。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)機(jī)組一般每側(cè)都有X、Y 兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，取X、Y 振動(dòng)的最大值用于計(jì)算第一次平衡配重重量。另外，工作轉(zhuǎn)速下的動(dòng)平衡的原始數(shù)據(jù)的選擇，一般選擇接近定轉(zhuǎn)速或者初定速的數(shù)據(jù)作為平衡數(shù)據(jù)，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間空轉(zhuǎn)會(huì)出現(xiàn)其他不穩(wěn)定因素，如碰磨、熱彎曲等。

1.2 第一次平衡配重重量的選取

對(duì)于平衡配重的選擇，一般可參考如下經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)推算：

P=A0Gg/rω2s

式中，P 為轉(zhuǎn)子某一側(cè)端面試加重，單位kg；A0為轉(zhuǎn)子原始振動(dòng)，um；r 為加重半徑，m；ω 為轉(zhuǎn)子角速度，rad/s；ω=2πf，f=n/60，n 為平衡轉(zhuǎn)速；g 為重力加速度，m/s2；G 為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，kg；S 為靈敏系數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 轉(zhuǎn)子試加重量的靈敏度 S

1.3 第一次平衡試加重位置的選取

盤(pán)轉(zhuǎn)子，用萬(wàn)用表測(cè)量聯(lián)軸器側(cè)振幅大測(cè)點(diǎn)的間隙電壓，當(dāng)間隙電壓突變時(shí)，振動(dòng)大的探頭對(duì)應(yīng)的聯(lián)軸器螺栓的位置定義1#，相位為0°，在盤(pán)轉(zhuǎn)子過(guò)程中記錄振幅大測(cè)點(diǎn)的初始相位，機(jī)械滯后角為60°～90°（機(jī)械滯后角指的是轉(zhuǎn)子撓曲方向滯后于轉(zhuǎn)子不平衡力的角度，即轉(zhuǎn)子高點(diǎn)滯后于重點(diǎn)的角度的選定對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)相對(duì)簡(jiǎn)單，一般選取0°就不會(huì)有太大的偏差。對(duì)于柔性轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，滯后角的選定就需要多方面的考慮。在臨界轉(zhuǎn)速下，不論是一階臨界還是二階臨界轉(zhuǎn)速下，滯后角都可取90°，在一階臨界轉(zhuǎn)速以下，滯后角比90°低一些。），逆著旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榻嵌仍黾臃较?。根?jù)振幅大測(cè)點(diǎn)的初始相位和滯后角計(jì)算出重點(diǎn)位置，重點(diǎn)位置對(duì)面為第一次試加重位置。例如，聯(lián)軸器螺栓為12 個(gè)，振幅大測(cè)點(diǎn)的初始相位為120°，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針。試加重位置簡(jiǎn)圖如圖1。

圖1 試加重位置簡(jiǎn)圖

圖2 矢量法現(xiàn)場(chǎng)平衡原理圖

（1）萬(wàn)用表間隙電壓突變時(shí)，為1#螺栓對(duì)應(yīng)的位置，即相位0°位置。

（2）逆旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄辔辉黾拥姆较颉?/p>

（3）振幅大測(cè)點(diǎn)的初始相位為120°，對(duì)應(yīng)5#螺栓位置，為高點(diǎn)。

（4）假設(shè)滯后角為60°，3#螺栓對(duì)應(yīng)的位置為重點(diǎn)。

（5）3#螺栓對(duì)面9#螺栓為第一次試加重位置。

如現(xiàn)場(chǎng)不具備盤(pán)轉(zhuǎn)子、測(cè)間隙電壓的條件，可以選圓周方向任意一位置按計(jì)算出的試加重量進(jìn)行配重。

2 矢量法現(xiàn)場(chǎng)平衡

2.1 配重位置確定

(1)記錄原始數(shù)據(jù)的工況條件、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)幅值A(chǔ) 及其相位P1。

(2)停車(chē)，加試重，記錄試重塊重量m1 和實(shí)際位置p,再次開(kāi)車(chē)到第一次記錄原始數(shù)據(jù)的工況條件、轉(zhuǎn)速。記錄振動(dòng)幅值C 及其相位P2。B=C-A 為試重塊加在p 位置引起的振動(dòng)矢量，要想將A 振動(dòng)值降低到最小，需使得B 大小及方向與-A 重合。P3=B-(-A),根據(jù)圖2 顯示P3 為正值，計(jì)算理論加重位置為p 按機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)方向移動(dòng)P3 角度。

2.2 配重重量確定

m1=試重塊重量

m2=理論配重重量

m2=m1×A/B

2.3 案例

某化肥廠(chǎng)氮?dú)鋲嚎s機(jī)，工作轉(zhuǎn)速為12000rpm，在工作轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)側(cè)一測(cè)點(diǎn)VT62932 振幅80um，相位角度為120°，同一支撐軸承另外一測(cè)點(diǎn)VT62931 振幅35um,相位角度為4°。兩測(cè)點(diǎn)顯示的現(xiàn)象為過(guò)臨界轉(zhuǎn)速后振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速升高上漲且頻譜顯示主頻為工頻且上漲頻率為1 倍頻。該轉(zhuǎn)子重量為400kg，聯(lián)軸器中間端把合螺釘位置中心距為300mm。

根據(jù)題目分析該測(cè)點(diǎn)振幅大明顯是轉(zhuǎn)子不平衡造成的。根據(jù)公式P=A0Gg/rω2s，試加重重量P=80×400 ×9.8/150×10-3×150×(2π×12000/60)2=8.8g。

圖3 案例計(jì)算圖

由于受現(xiàn)場(chǎng)條件限制無(wú)法在盤(pán)轉(zhuǎn)子狀態(tài)下測(cè)量VT62932測(cè)點(diǎn)的間隙電壓，在聯(lián)軸器中間段任一螺釘位置加配重8.8g。再次開(kāi)車(chē)到工作轉(zhuǎn)速12000rpm 時(shí)，VT62932 振幅60um,相位角度為100°。VT62931 振幅28um,相位角度為347°。根據(jù)VT62932 原始振動(dòng)數(shù)據(jù)、相位角和第一次試加重后的VT62932 振動(dòng)數(shù)據(jù)、相位角等相關(guān)的關(guān)系及計(jì)算詳見(jiàn)圖3。

A 為VT62932 原始振動(dòng)矢量，C 為VT62932 試加重8.8g后的振動(dòng)矢量。B 為8.8g 配重引起的矢量。要想將A 引起的不平衡量全部抵銷(xiāo)，加的配重需引起-A 振動(dòng)矢量。B 與-A 之間角度差為60°-19.014°=40.986°，由于逆著旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榻嵌仍黾臃较?，因此，配重位置加?A 方向需在第一次配重位置順著旋轉(zhuǎn)方向40.986°加配重，理想的配重的重量為8.8×80/31.288=22.5g。再次開(kāi)車(chē)到工作轉(zhuǎn)速為12000rpm，VT62932 振幅15um。

3 結(jié)語(yǔ)

采用矢量法現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，其具有平衡次數(shù)少、效果明顯的特點(diǎn)。本文主要針對(duì)矢量法現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的準(zhǔn)備工作、平衡過(guò)程進(jìn)行分析研究，希望對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的操作有借鑒作用。