變距螺旋槳現場動平衡的測試和校正

馬晉川 杜仲

摘 要：變距螺旋槳現場動平衡通過多次不平衡振動測試，了解各校正平面質量分布與各測振點的關系，從而計算出不平衡校正的配重，然后將校正配重施加到轉子的各校正平面上，最后使不平衡振動達到允許范圍內。在現場動平衡中，不平衡振動測試和不平衡質量校正是現場動平衡的主要工作，所以，在實際工作中有必要系統地了解不平衡振動測試和質量校正的一般性問題。

關鍵詞：振動測量；相位；配重；基準點

1 現場動平衡的測量

現場動平衡振動測量不同于在平衡機上的測量，也不同于一般的振動測量。現場動平衡振動測量是以現場動平衡為目標的旋轉機械振動測量，有其本身的獨特性。現場動平衡振動測量包括混頻振動測量和基頻振動測量兩部分，一般需要測量軸承振動，對大型關鍵設備還需要測量轉子軸。

現場動平衡的大部分工作是解決正在運行的或者檢修設備的振動不達標問題，現場機械設備運行振動不可能是單一頻率的振動，它或多或少包含除了基頻之外的其他頻率分量，是各種頻率分量的合成振動，而且機器運行振動的考核標準指標是以通頻振動作為參量。所以，為了解決設備振動問題和評價現場動平衡，通頻振動測量是完全有必要的。由于轉子不平衡振動主要發生在軸承位置上，所以振動測量平面通常選在軸承上。根據標準旋轉機械需要進行下列振動測量：

1.1 絕對軸承振動測量

絕對軸承振動測量是將傳感器固定在支承轉子上的軸承座上，測量軸承的絕對振動。絕對軸承振動是轉子支撐結構相對于精致參考點的振動。一般一個軸承需要在3 個方向進行測量，如圖1所示。軸承垂直振動測點是在軸承上蓋的上面的正中位置，垂直向下放置傳感器；水平振動測點是在軸承中分面正中位置，傳感器水平放置；軸向振動測點是在軸承蓋上方與轉子軸線平行；由于軸承結構的限制，振動測點的位置可以偏移，但是測量方向決不能偏斜。

1.2 相對軸振動測量

相對軸振動的全稱是轉軸徑向相對振動，是指轉軸橫截面中心相對于軸承在某一半徑方向的振動。實際上，并不能直接測量到軸心的振動，所能測量到的是轉軸的旋轉表面在某一半徑方向的振動，作為相對軸振動。一般采用電渦流傳感器測量相對軸振動，在一個軸向平面放置兩個電渦流傳感器，如圖2所示。

一般采用兩個45°方向測量，如圖2（a）所示。如有特殊要求或結構原因可以采用垂直、水平兩個方向測量，如圖2（b）所示。

用電渦流振動位移傳感器測量相對軸振動的信號作為動平衡計算參數時，還有一個“Run out”的問題，即振擺信號，指的是當旋轉軸不存在徑向相對振動時，傳感器輸出的波動電壓信號，也稱作慢轉速偏差，在不平衡未產生較大震動的低轉速時，由轉子表面測得的總偏差值中與轉速同頻的分量。

2 現場動平衡的校正

現場動平衡的質量校正是動平衡的另一方面工作。大多數轉子經過平衡測試后，基本上需要進行動平衡校正工作。質量校正就是在轉子的校正平面上進行配重。校正平面是指垂直于轉子軸線，在其上通過增加或減少材料調整轉子質量分布的方法校正不平衡的平面，注意不能把校正平面與測量平面混在一起。轉子校正平面上，通過加重或減重的方法，減少在某一要求位置預測出的不平衡，稱之為配重。配重相位是在校正平面上加或減配重塊的角度位置。注意不能把配重相位和振動相位混在一起。

2.1 在校正平面上加配重塊的方式

（1）在已加工的圓周環形槽中加特制的配重塊，如圖3（a）所示，根據平衡槽的截面形狀，有各種不同形狀的配重塊。一種形狀的配重塊最好有不同質量大小的配重塊，這樣有利于精確配重。

（2）在已加工的螺紋孔中加配重螺釘，如圖3（b）所示。同樣配重螺釘也要準備不同質量的螺釘，以備精確配重使用。

（3）采用焊接等方法將配重塊固定在校正面上。這種方法隨意性比較大，操作方便。但是一定注意轉子校正面的可焊性，并且特別注意在進行焊接操作時的防火措施，保證安全生產。

（4）去除配重的方法有手工鉆孔、磨削或銑削加工等方法。去除材料的配重的方法比較費時，去除的質量不能精確計量，現場動平衡使用的比較少。

2.2 動平衡配重的合成與分解

在現場動平衡中經常需要進行平衡配重的合成和分解計算。這些計算是根據平行四邊形法則進行的矢量計算，一般采用圖解法手工計算。如果在現場動平衡儀中編入程序計算，就更方便快捷而準確了。

2.3 配重塊安裝相位的測量

現場動平衡配重的一個非常重要的問題是在轉子的校正面上找準配重塊的安裝角度。測量配重塊的安裝相位首先要確定安裝相位的基準點和相位的計量方向。平衡配重相位與不平衡振動相位是不相同的，不能將其混為一談。配重基準點最好使用測振基準點，這樣便于總結動平衡規律。也可以不使用測振基準點，而在校正平面任意確定一個零度起點。在一臺機器上，配重基準點最好只取一個，為了方便相位測量也可以在每個校正平面上設置被平面的零度起點，這樣在動平衡過程中容易造成混亂。基準零度最好是永久性的，以便下次重新動平衡時減少機器的啟動次數。確定配重相位的計量方向一般以轉子的旋轉方向為參考，也就是確定是按順轉向分度還是按逆轉向分度。

參考文獻

[1]安勝利，楊黎明編著.轉子現場動平衡技術[M].北京：國防工業出版社，2007.

[2]周仁睦編著.轉子動平衡：原理、方法和標準[M].北京：化學工業出版社，1992.

（作者單位：中國民航飛行學院廣漢分院）