化工裝置中轉機的動平衡技術研究與應用

李　君　薛蘭茁　王維彪

摘要:對化工生產裝置中轉機轉子的動平衡方法進行了研究、分析,提出了各種情況下轉機轉子動平衡的對策,為大型、關鍵機組的長周期運轉提供了技術支持。

關鍵詞:化工裝置 動平衡 技術 精度

一、引言

隨著科學技術的快速發展,化工生產裝置中的旋轉機械在生產中的所處的地位越來越重要,功率越來越大、轉速越來越高、結構也越來越復雜,其中,作旋轉運動的轉子產生的不平衡離心慣性力引起的機械振動問題越來越突出,成為化工生產中決定轉機運轉周期的關鍵因素之一。化工生產裝置檢修過程中常常會遇到轉機轉子的動平衡測試問題,轉子動平衡測試方法的正確與否對動平衡的測試質量影響很大,直接關系到轉機的設備檢修質量,有時甚至引起嚴重的設備事故。轉子的動平衡方法研究就是為減少和消除這個振源,使其達到允許的動平衡精度,把轉機的振動控制在允許范圍內的一種方法。

二、動平衡機的工作原理和種類

平衡轉速高于轉子支承系統固有頻率的稱為軟支承平衡機。這種平衡機的支承剛度小,傳感器檢測出的信號與支承的振動位移成正比。

三、轉子動平衡檢測時經常遇到的問題及解決對策

1. 轉子平衡方式的選擇。由于轉子的轉速和形狀差異較大,因此動平衡的檢測方法不同。檢修過程中選用那種方法比較合理,要根據實際情況決定。一般根據轉子的轉速和轉子的厚度與直徑之比選用平衡試驗的方式。

2. 轉子動平衡前的應進行的準備工作。因為轉子經過長周期的運行和檢修過程不可避免的會產生變形,而變形尺寸的大小直接關系到轉子動平衡的精度。因此,轉子在進行動平衡前有必要對各部尺寸重新進行校核,確保轉子動平衡的精度。特別是軸的頂尖孔的表面情況、軸頸處相對頂尖孔處園跳動情況、軸的直線度和轉子的跳動情況要進行認真的檢查和記錄,并與圖紙進行核對,如有變化須進行必要的校正。對于盤狀轉子要檢查盤狀轉子的擺動量;對懸臂狀園盤轉子,分解后進行動平衡檢驗時,要檢查裝配位置的配合情況和形位公差在規定范圍內。

3. 如何選擇轉子動平衡的精度。轉子進行動平衡時,應根據轉機的運轉使用狀況,合理的選擇平衡的精度等級,避免過剩檢修和欠維修現象發生。高速旋轉機械以及軸承剛性低的機械通常選用平衡程度值小的,相反選用大值。另外,旋轉部份的質量與機械整體質量之比較小時.通常選用的平衡程度值要大。

4. 如何選擇合適的平衡機。因為動平衡機是系列化生產的,從確保測試精度和對設備的使用壽命兩方面考慮,應根據自己的轉子選用合適的機型。不能有一種選型上的錯覺,認為一臺大規格型號動平衡機,就可包羅萬象進行在此規格之下的所有不同重量的轉子的測試。生產廠在樣本上標出各型號動平衡機的e值,是采用此型號最大承載量的1/3左右的校驗轉子進行調試后能達到的平衡精度值。

四、剛性轉子動平衡的幾個注意問題

(1)剛性轉子動平衡,只要試驗系統的靈敏度足夠,可取較低的平衡轉速(相對于工作轉數而言),所以通常也稱為低速動平衡。平衡轉數只需取一個,一般為工作轉數的20%。在此轉數上轉子的彎曲變形顯然很小,不會影響其不平衡量的大小和分布,平衡過程中只是把力和力偶不平衡量降低到許可的范圍內。

(2)對于停放時間較長的轉子,為了保證測量數據的穩定,轉子需在平衡轉數上維持一定的時間后再進行測量。

(3)轉子上各個部件或零件的不平衡量應盡量在之身上給與平衡校正。這樣做的目的,其一可以消除旋轉時由于不平衡量離心力與校正量離心力不在同一平面或同一體上而引起內應力,其二可以降低高速時的震型不平衡量。

(4)轉子上各個部件或零件應盡量安裝在本轉子軸上給與平衡校正。對于不得不借助于輔助軸進行平衡的部件,例如聯軸器整體,則應注意輔助軸帶來的影響,并予以消除。

(5)轉子校正時,轉子的兩個校正面之間距離應盡量大,并應位于轉子重心的兩側。

(6)不平衡量的校正方式最好采用螺釘校正或平衡槽加重,盡量不用砂輪磨削的去重方法。

(7)對有鍵槽的旋轉軸或者配合部件進行單獨平衡時,必須用半鍵進行平衡。但是當平衡裝置具有對鍵槽不平衡進行補償功能時,就沒有這種限制。

(8)轉子在動平衡機上進行平衡校正時,是其回轉軸線應與其工作時的回轉軸線相一致,以免影響其平衡精度。

五、柔性轉子的動平衡檢驗方法

工作轉速高于最低階臨界轉速的轉子稱為柔性轉子。在日常工作中,諸如透平、離心機等這類轉子經常會碰到。在工程上只能取有限個校正平面去完成理論上無窮多的校正。目前,理想的柔性轉子動平衡校正方法正處在研究探索中,本文只介紹工程中常用的兩種方法。

(1)振型平衡法

根據柔性轉子回轉體的實際情況,取N個校正面,在每個校正面上設置一個不平衡量,應用撓取變形方程,使這些不平衡量產生的撓曲變形去抵消轉子已有的撓曲變形。由于無法預知轉子內的不平衡分布函數,因此,只適用于結構簡單,不超過三階的柔性轉子。

(2)影響系數法

在柔性轉子上選定有限個校正平面和振動測量點,依次在每一個平面上加一不平衡量。讓轉子旋轉,測出各點的振動量,算出其影響系數,代入影響系數方程,就可算出各校正面的等效不平衡量。采用加重或減重的方法,很容易抵消這些等效不平衡量,使各點的振動響應均為零。這種方法適用于結構復雜的柔性轉子,缺點是需要運轉轉子的次數太多,對于大型機組有時是做不到的。

六、結論

化工生產中,轉子動平衡檢驗是大型關鍵機組轉機檢修中一項十分重要的工作,也是一項比較復雜的系統工程,每一個子系統的工作狀態的好壞,直接關系到轉機檢修工作的成敗。轉子平衡檢驗即要求檢修、檢驗人員對轉機檢修工藝過程有較深的認識和了解,又要掌握較深的平衡檢驗理論知識和技能。選用的方法和設備不同,其平衡結果的差異較大。因此,轉子動平衡檢測前,應由相關部門組織技術人員制定出包括轉子動平衡精度的選擇、動平衡標準的檢驗、動平衡方法的確定和動平衡設備的使用等一系列完整的轉子動平衡測試方案。

作者簡介:李君(1963年7),男,吉林省。研究生,研究方向:機械設備與管理。