大噸位雙懸臂轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡特性研究

李連海，孟艷玲，王芳，田云，郭永珊，劉亞玲

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)核電泵業(yè)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

1 研究的意義

在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)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(huì)引起轉(zhuǎn)子的振動(dòng)進(jìn)而影響產(chǎn)品的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)、噪音、使用壽命。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中由轉(zhuǎn)子不平衡引起的機(jī)械故障占60%左右。因此，為了減小機(jī)械故障率，保證產(chǎn)品的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)大噸位旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)平衡特性研究就非常重要。尤其是對(duì)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(dòng)的主要原因之一，直接影響水泵機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及使用壽命，因此研究屏蔽電動(dòng)泵轉(zhuǎn)子特別是大噸位水泵轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡特性具有重要意義。

對(duì)于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械來(lái)說(shuō)，特別是大噸位轉(zhuǎn)子，在運(yùn)轉(zhuǎn)之前都需要進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，去除不平衡量。對(duì)于在大噸位雙外懸臂支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，在進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)的過(guò)程中，轉(zhuǎn)子的不平衡量的去重，不僅僅是動(dòng)平衡機(jī)上顯示的數(shù)值，其動(dòng)平衡試驗(yàn)與轉(zhuǎn)子的安裝及轉(zhuǎn)子在動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(duì)動(dòng)平衡的結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響，特別是對(duì)于一些要求精度較高的轉(zhuǎn)子。所以在做此類(lèi)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)，需要對(duì)動(dòng)平衡前后的轉(zhuǎn)子狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量記錄，并在轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡去重時(shí)加以考慮。按轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡特性來(lái)說(shuō)此類(lèi)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡過(guò)程相對(duì)來(lái)說(shuō)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(duì)關(guān)系。

2 外雙懸臂支撐動(dòng)平衡公式

對(duì)于常用的剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡：

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

對(duì)于圖1所示的情況，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出的計(jì)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(shí)例

以某產(chǎn)品轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)為例：雙懸臂支撐動(dòng)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(dòng)平衡允差的計(jì)算，動(dòng)平衡精度要求G1.0，將其運(yùn)算公式如下。

轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)前軸端高點(diǎn)位置對(duì)比及動(dòng)平衡報(bào)告中相位角的對(duì)比見(jiàn)圖2、3、4，其中，?標(biāo)注為高點(diǎn)位置圖。

圖2 （首次轉(zhuǎn)子裝配）

圖3 （動(dòng)平衡試驗(yàn)前）

圖4 （動(dòng)平衡試驗(yàn)后）

動(dòng)平衡過(guò)程：按相關(guān)公式進(jìn)行了前期的剩余不平衡量的計(jì)算，并對(duì)該轉(zhuǎn)子進(jìn)行了動(dòng)平衡試驗(yàn)前的轉(zhuǎn)子徑向跳動(dòng)檢查，完成后進(jìn)行了首次的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)。試驗(yàn)后按動(dòng)平衡機(jī)的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行平衡去重，去重后進(jìn)行了二次動(dòng)平衡試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算值有較小的偏差，認(rèn)為可以繼續(xù)進(jìn)行動(dòng)平衡去重操作，但是在第二次去重后，第三次動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)去重值與計(jì)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(lái)沒(méi)有過(guò)的。排查了很多原因如動(dòng)平衡機(jī)的原因、操作員主觀原因、轉(zhuǎn)子材料、操作過(guò)程控制、轉(zhuǎn)子的存儲(chǔ)環(huán)境，都沒(méi)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(dòng)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(duì)應(yīng)動(dòng)平衡數(shù)據(jù)。

圖5 對(duì)應(yīng)動(dòng)平衡數(shù)據(jù)

4 對(duì)比分析

通過(guò)對(duì)上述實(shí)例的對(duì)比，不難看出當(dāng)轉(zhuǎn)子上形位公差發(fā)生明顯變化時(shí)與之對(duì)應(yīng)的動(dòng)平衡試驗(yàn)結(jié)果也發(fā)生了明顯變化，這與整個(gè)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(duì)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(duì)于一些要求動(dòng)平衡精度較高的轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，變化非常明顯。這一特性的發(fā)現(xiàn)，對(duì)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(yǔ)

以上分析實(shí)踐，對(duì)大噸位高精度外雙懸臂支撐類(lèi)轉(zhuǎn)子適用，但對(duì)精度要求不高的小型轉(zhuǎn)子應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待。對(duì)于轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡前后的質(zhì)心變化需要做好對(duì)比，如果在動(dòng)平衡去重后，殘余不平衡量與正常計(jì)算所得數(shù)值有較大偏差，可以對(duì)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(jī)和水輪機(jī)及大型水泵都有相關(guān)類(lèi)似產(chǎn)品，在機(jī)組檢修時(shí)都會(huì)對(duì)其轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)（費(fèi)錢(qián)大約一次高速動(dòng)平衡需要4～10萬(wàn)，費(fèi)時(shí)由于自己廠(chǎng)家不具備條件，需要返廠(chǎng)或者外協(xié)）。因此建議對(duì)動(dòng)平衡前后的質(zhì)心偏移做好記錄，縮短動(dòng)平衡周期。