基于系統(tǒng)固有特性參數(shù)在現(xiàn)場動平衡中的研究與應(yīng)用

程英輝，吳立業(yè)

（1河鋼股份有限公司承德分公司，2河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北承德067002 ）

前言

振動是衡量旋轉(zhuǎn)設(shè)備運行狀態(tài)的一項重要指標，振動值越小越好。旋轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生振動的原因很復(fù)雜，其中以轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而引起的振動最普遍。常規(guī)動平衡方法步驟多，耗時長，利用系統(tǒng)固有特性參數(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場動平衡一次成功,不僅可以縮短現(xiàn)場動平衡時間，還能提高轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場動平衡中的運行安全性。

1 系統(tǒng)固有特性參數(shù)推算

1.1 影響系數(shù)法具體步驟

以剛性轉(zhuǎn)子、單面平衡為例，已知轉(zhuǎn)子質(zhì)量為M、直徑為d、轉(zhuǎn)速為r、角速度為ω，具體計算步驟如下：

第一步：轉(zhuǎn)子在原始狀態(tài)，啟動至一定轉(zhuǎn)速r時，測取被平衡的轉(zhuǎn)子軸承原始振動的基頻幅值和相位，即轉(zhuǎn)子軸承座不平衡響應(yīng)振動的幅值和相位，用表示，設(shè)°mm/s∠(°)，振動幅值為a0mm/s，相對相位為α0°。

第二步：已知試加重量為Wpg，假設(shè)相位為0°，試重P=Wp∠0°g∠(°)。

第三步：將加試重的轉(zhuǎn)子啟動到轉(zhuǎn)速r時，測量轉(zhuǎn)子軸承座振動基頻振幅和相位，用矢量表示，設(shè)°mm/s∠(°)表示。

第四步：轉(zhuǎn)子上應(yīng)加的平衡質(zhì)量及位置Q 由以下公式求得，設(shè)Q=Wq∠δ°g∠(°)：

圖1 單平面測相平衡法矢量圖

1.2 確定配重塊的具體相位

按照逆旋轉(zhuǎn)方向測量配重塊與光標的夾角β，按照圖2 所示計算的配重塊相位為β -?，那么配重 塊 用 Q=Wq∠(β -?)g∠(°) 表 示。記 ?=β -?±180。

圖2 振動傳感器與鍵相傳感器安裝位置圖（從電機看）

1.3 推算系統(tǒng)固有特性參數(shù)

轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)振動（初始振動）、不平衡激振力（可以通過配重塊的質(zhì)量位置確定）、系統(tǒng)固有特性參數(shù)之間的關(guān)系[2]參照表1。

表1 轉(zhuǎn)子不平衡振動響應(yīng)、激振力和系統(tǒng)固有特性的關(guān)系

從以上關(guān)系中可以看出：轉(zhuǎn)子不平衡振動響應(yīng)與激振力成正比，激振力越大振動就越大，現(xiàn)場動平衡是解決激振力問題最快的途徑。

2 風(fēng)機現(xiàn)場動平衡實例分析

在轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中常用的是單級吸入懸臂結(jié)構(gòu)的加壓機：風(fēng)機機殼為水平中分式、進風(fēng)口位于水平軸向、出風(fēng)口位于機殼上方、四盤角接觸滾動軸承、轉(zhuǎn)子部分由主軸和單級葉輪組成，如圖3所示。

圖3 加壓機結(jié)構(gòu)示意圖

該加壓機轉(zhuǎn)速為2993.9 r/min,由于轉(zhuǎn)爐煤氣含雜質(zhì)，需要每個月做一次現(xiàn)場動平衡。2019年12月11 日對該加壓機做現(xiàn)場動平衡，過程數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 用影響系數(shù)法現(xiàn)場動平衡數(shù)據(jù)

結(jié)合以上用影響系數(shù)法得到以上數(shù)據(jù)，根據(jù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)特性參數(shù)的計算公式可以推算出該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有特性幅值為6.73，相位為130°。

在2020年1月18日對該風(fēng)機做現(xiàn)場動平衡，利用轉(zhuǎn)子系統(tǒng)特性參數(shù)現(xiàn)場動平衡數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 用系統(tǒng)特性參數(shù)現(xiàn)場動平衡數(shù)據(jù)

利用影響系數(shù)法對轉(zhuǎn)子做完現(xiàn)場動平衡后的數(shù)據(jù)，推算出了系統(tǒng)固有特性參數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)固有特性參數(shù)能實現(xiàn)現(xiàn)場動平衡一次成功。

3 結(jié)論

只要掌握了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的 固有特性參數(shù)，測試出轉(zhuǎn)子不平衡振動響應(yīng)（初始振動），可以計算出不平衡激振力，即需要加的配重質(zhì)量及相位，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡一次加重成功。該方法在實際工作中不受振動傳感器、鍵相傳感器及反光條的位置限制，可以極大提升轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡的效果和安全性。