螺桿壓縮機轉子動平衡工藝介紹

王 東 錢金寶 高世剛

（煙臺冰輪集團，煙臺 264002)

人們通常將一個沒有考慮加工能力與制造誤差的設計認為是無經驗的設計，平衡性通常在設計中被忽略，但作為一個優良的有經驗的設計，產品的平衡性在設計之初就應被考慮進去。如今，幾乎所有的快速旋轉類零部件都需要進行平衡校正，而零件良好的平衡性有助于提高產品的使用性能和壽命。

ISO1925對動平衡做出定義為：檢驗并在必要時調整質量分布，以保證在相應工作轉速的頻率下，剩余不平衡量或者軸頸振動和作用于軸承的力在規定范圍之內的工藝過程。從上述定義中，可以總結出動平衡的兩個主要過程，檢驗與調整，即檢驗零件的動平衡情況是否符合要求的平衡等級，若不符合，則對零件進行動平衡數值進行調整校正使其符合要求的平衡等級。

近年來，螺桿壓縮機依靠其結構簡單、零部件及易損件少、可靠性高、操作維護方便、適應性強等優點在各行業中應用越來越廣泛，而壓縮機在振動、噪音方面的劣勢也限制了其在更多行業中的應用。轉子作為壓縮機中最主要的運動件，其動平衡的好壞對壓縮機的振動與噪音有重要影響。

轉子工作時其平衡性是由結構設計、材料、制造方式、零件數等眾多因素決定的，因此，對于轉子的動平衡校正，沒有標準的模式方法，也沒有任何的捷徑可走，唯一的做法就是參照動平衡原理，借助平衡機的校正而得到一個理想的平衡轉子。

1 動平衡原理

動平衡技術起源于旋轉零件，隨著發動機、馬達、泵、壓縮機等的出現，動平衡技術逐漸得到重視并開始發展。

質量為m的零部件在運動中必然會附帶慣性力，若這些慣性力在運動件內部在不施加外力的情況下無法相互抵消，則我們認為該零部件為不平衡。

假設轉子不平衡質量為m，不平衡位置半徑為r，則不平衡量U=mr，即不平衡量是由不平衡質量與不平衡位置共同決定的。

進一步假設不平衡量導致轉子質心相對旋轉中心的偏心距為e，轉子總質量為M，則不平衡量U=Me。

因為轉子的旋轉性，必然有離心力產生，而質心的偏移所導致的離心力便產生了不平衡量。

角速度與轉速關系：ω≈n/10

則離心力：F=m×r×ω2=U×（n/10）2

因為質心偏移的不確定性，所以不平衡量應該作為一個矢量來考慮，且方向不變的前提下，它的運動軌跡可以進行線性轉移，也可以與力一樣進行合成、分解與疊加。

對于一根轉子，無論存在多少不平衡量，按照矢量疊加原則，都可以合成為一個不平衡量，且可以分解至轉子的兩端，借助與平衡機將兩端面上的不平衡量消除即可實現零件最終的動平衡。

平衡精度等級G則決定著平衡的質量，G=e×ω，而平衡精度等級的確定則由如下三種方法確定：根據積累的經驗決定平衡的精度等級；根據試驗結果決定平衡等級；根據軸承允許受力情況決定平衡等級。

2 動平衡機的應用

轉子的不平衡量有很多個矢量組成，且具有一定的方向性，若借助普通的動平衡手段很難完成對不平衡量大小及位置的確定，因此，需要借助動平衡機完成不平衡量的確定。

動平衡機按測量模式可分為力檢測硬支撐平衡機、位移檢測軟支撐平衡機；按平衡機的的結構可分為臥式平衡機、立式平衡機；按平衡機的驅動形式可分為萬向節驅動、皮帶驅動、壓縮空氣驅動、自驅動。煙臺冰輪集團采用的平衡機申克HM30系列為臥式皮帶驅動的硬支撐平衡機。平衡機的原理是當轉子旋轉達到設定轉速后，進入穩定旋轉階段，兩硬支撐處的振動傳感器開始收集各種振動信號，包括因存在不平衡量而產生的振動、外界振動、動平衡機自身震動等，傳感器將收集信號傳至電測箱內，信號處理器開始對信號進行分離，對沒有意義的信號分離處理，僅保留因不平衡量而產生的振動信號，并分析出不平衡量的大小及方向，在電測箱顯示器上顯示。操作者根據顯示即可完成轉子不平衡量的校正。

3 動平衡時參數選擇

平衡過程中需要確定諸多參數才可完成整個動平衡過程，包括計算參數、測量參數及經驗參數。

3.1 計算參數

計算參數指的是轉子的合理不平衡量值。根據平衡等級計算公式及角速度與轉速的關系，按如下公式e=10000G/n即可計算出不平衡量相對轉子中心的偏移量，再根據U=Me計算出該轉子的合理不平衡量值。

3.2 測量參數

測量參數指的是各可以通過測量工具直接測量出來的參數，包括轉子的重量，去重半徑，a、b、c數值。其中，a指的是左側支撐與左側校正面間距離，b指的是兩校正面之間的距離，c指的是右側支撐與右側校正面間的距離。

3.3 經驗參數

經驗參數指的是動平衡時的平衡轉速。平衡轉速若選擇過低，則會導致無法正確測出不平衡量值，若選擇過高，則會導致沒必要的能量浪費及較低的平衡效率。按照經驗、轉速的選擇主要取決于轉子的質量、可允許剩余不平衡量、轉子的特性三方面。根據離心力的計算公式，當需要的振動值確定后，零件質量越大，需要的轉速就越小。若需求的可允許剩余不平衡量越大，則對振動反饋要求越低，當零件質量一定的情況下，需要的轉速就越小。若轉子為剛性轉子，工作轉速并沒有超過臨界轉速，動平衡時可以用低速代替高速進行平衡。

4 動平衡時的差錯處理

動平衡出現的差錯主要包括平衡數值不顯示、平衡數值不穩定、平衡數值明顯不合理三方面。

4.1 平衡數值不顯示

平衡數值不顯示說明在按要求的不平衡量進行動平衡操作時，選擇的轉速所產生的振動信號過小，不足以被平衡機傳感器所接受，因此，該問題的處理方法為提高動平衡轉速即可。

4.2 平衡數值不穩定

平衡數值不穩定說明平衡機電測箱在處理信號的過程中受到了一定程度的干擾，主要是指同頻干擾，即外界存在的某一不確定振動的振動頻率與轉子不平衡量所產生的振動頻率相同，電測箱無法將這一無關振動信號過濾掉，從而導致動平衡數值的不穩定。該問題的處理方法為首先要確保平衡機各鎖緊部位的鎖緊狀態，包括地腳螺栓、支撐架、支撐滾輪等，其次要保證支撐滾輪與支撐軸頸的尺寸不能相同，皮帶驅動軸頸與皮帶盤軸頸不能相同。同時，更換動平衡轉速即可排除外界的同頻干擾。

4.3 平衡數值明顯不合理

平衡數值明顯不合理指的是平衡結果明顯超出了正常值，出現這種情況主要是平衡轉速過快，導致大量數值溢出，處理方法為降低轉速即可。

5 結論

當前，越來越多制造商對于動平衡的重要性都有了共識，越來越多企業都會根據本行業的實際情況，制定切實可行的平衡方案。而對于螺桿壓縮機制造商來說，對動平衡的重視對于進軍更多的行業市場與領域也有重大意義。