转子动平衡检验技术分析

发表时间:2015/10/15   来源:《工程建设标准化》2015年6月   作者:周涛
[导读] 中国石油乌鲁木齐石化公司设备检验检测院,新疆,乌鲁木齐,830000 本文以转子动平衡检验技术作为研究对象,通过对动平衡机工作的基本原理进行分析,并结合转子动态平衡检验过程中出现的相关问题及对策,对刚性转子和柔性转子的动平衡检验技术展开了深入研究。

(中国石油乌鲁木齐石化公司设备检验检测院,新疆,乌鲁木齐,830000)

【摘  要】近年来,我国的化工产业发展迅速,且为推动我国国民经济增长做出了较大贡献。作为化工生产过程中大型关键机组的转机检修中的关键工作,转子动平衡检验不仅关系着各个子机组的工作状态,而且对于转机检修工作也具有重要影响。本文以转子动平衡检验技术作为研究对象,通过对动平衡机工作的基本原理进行分析,并结合转子动态平衡检验过程中出现的相关问题及对策,对刚性转子和柔性转子的动平衡检验技术展开了深入研究。
【关键词】动平衡检验;刚性转子;柔性转子
前言:
        目前,我国已拥有数十家动平衡机制造厂,但对于全自动平衡机而言,仍然以国外进口为主。而对于转子动平衡的关键技术,特别是动平衡检验的关键技术仍涉足未深,使得动平衡检验的精度及自动化水平大打折扣。基于此,本文通过对转子动平衡检验时常出现的相关问题及对策进行阐述,在结合动平衡机工作的基本原理的基础上,从刚性转子与柔性转子两方面对其各自的动平衡检验技术展开系统分析。
1.动平衡机工作的基本原理
        化工产业的不断发展使得旋转机械在化工生产过程中所扮演的角色和占有的地位愈加重要,而对于旋转机械而言,功率和转速的不断增加也必将使其结构愈加趋向于复杂化发展。在旋转机械运行的过程中,作为带动机械旋转运动的转子因产生不平衡的离心力而使得整个机械振动的问题也愈加突出。为了解决这一问题,就需要对转子进行动平衡测量。在动平衡的测量的过程中,要求转子能够在具体的支撑系统上因被驱动而旋转,而对于支撑系统而言,必须具有一定的自由度,从而保证其在转子产生的不平衡离心力的作用下产生同转子不平衡量成正比的规律性振动。如此一来,转子同其支撑系统便共同构成了质量——弹簧系统,利用此系统对因支撑振动而获得转子矫正平面方向上不平衡量的大小及相位进行测量,进而对转子实施加重或去重的校正便是动平衡机工作的基本原理[1]。
2.转子动态平衡检验过程中出现的问题及对策
        转子动平衡检验过程中经常出现如下几方面的问题:首先,在转子平衡方式的选择方面,由于转子的形状与及转速均具有较大差异,故对转子的动平衡检验方法也不尽相同,在实际的检验过程中,检验方法的选择需要视实际情况而定。常用的方法为根据转子本身的厚度及转速同其直径作比值进而选取平衡实验的方法对转子动平衡进行检验;其次,由于经过长时间的运行和检修,使得转子将不可避免地发生变形,而转子所发生形变的尺寸对于其动平衡检验的精度具有决定性的影响[2]。因此,在转子动平衡检验前,需要对转子各个部分的尺寸进行重新校准与核对,从而确保转子具有较高的动平衡精度。值得注意的是,在转子各部尺寸的校准过程中,尤其需要对轴的直线度、轴颈处的顶尖口处以及转子的跳动情况与顶尖孔的圆跳动情况进行精准的检查,在将其同图纸进行校对的基础上,如有变化,则需要以图纸为依据对其进行校准。此外,对于盘状转子而言,还需对其摆动量进行检查,从而确保其摆动量处于正常的工作范围内[3]。再次,转子的动平衡精度一直是其动平衡检验过程中的棘手问题,故在对其进行动平衡检验时,应了解并熟知当前转机自身的运转情况,从而对转子动平衡精度的等级进行合理确定,从而有效避免转机欠维修与过剩检修的情况出现。而对于具有较低刚性的轴承机械与高速旋转机械应尽量选取较小的平衡精度等级对其进行动平衡检验。


最后,在平衡机的正确选取方面,由于动平衡机的生产方式为系列化生产,因此,对于动平衡机机型的选取除了需要考虑测试精度外,还应对其使用寿命予以充分考虑,并结合旋转机械中所使用的转子选用最合适的动平衡机。
3.刚性转子动平衡设计及检验
        刚性转子动平衡应注意以下几方面问题:(1)低速动平衡。在刚性转子动平衡检验方面,只需对其检验系统的灵敏度进行分析即可,通常选取较低的平衡转速进行其动平衡的检验。在平衡转数的选取方面,只需选取是工作转数20%的平衡转数即可。(2)转子测量。对于长时间未使用的转子,为了提高其相关测量数据的准确性和稳定性,通常需要使其维持一定时间的平衡转数后,再对其各项数据进行测量[4]。(3)平衡矫正。对于转子及其各个部件不平衡量的矫正应尽可能地在部件本身上进行,之所以进行此操作除了消除转子在旋转过程中产生的不平衡量离心力外,还可以消除转子转动时在统一平面或同一体面产生的内应力,从而降低转子在高速运动时震型的不平衡量。(4)基于转子轴的动平衡校正。所谓基于转子轴的动平衡校正是指,转子中的各个部件应尽量安装在其轴上并对其予以平衡校正的,而对于必须借助辅助轴进行平衡检验的部件,如联轴器等,还需要对转子辅助轴所产生的影响予以充分考虑,并将辅助轴产生的影响消除。此外,值得注意的是,在转子本身进行校正时,应尽可能地保证其两个校正面之间具有较大的距离,且校正面应分别设置在转子中心的两侧。而对于不平衡的转子校正,则应以平衡槽加重或螺钉校正为主要方法,从而避免因采取砂轮磨削法对其进行去重处理而影响动平衡的检验精度。最后,在对具备键槽的转子配合部件或旋转轴进行平衡的过程中,需始终以半键对其进行校正平衡。但需要说明的是,当键槽处于不平衡状态时,若转子动平衡装置可以对其不平衡进行补偿,则无需对配件进行半平衡处理。
4.柔性转子动平衡检验
        所谓柔性转子是指工作转速仅高于最低临界转速的转子,如化工生产中的透平和离心机等。对柔性转子进行检验的一般做法为,以有限校正平面的选取完成无穷多的转子动平衡校正,但此种方法的应用使得其动平衡校正精度收到了较大影响。基于此,本文提出了如下方法对柔性转子的动平衡进行检验:(1)影响系数法。在柔性转子中选定有限个振动测量点及校正平面,并分别在每一个矫正平面上设置一个不平衡量[5]。使转子旋转,并测量出其在旋转过程中各点的振动量与影响系数,并将其带入转子动平衡的影响系数方程中,进而将柔性转子的各个校正面的等效不平衡量计算出来。选用加重或减重的方法对所计算出的不平衡量进行抵消,从而使得柔性转子各点的振动响应均为0,并达到动平衡。此种方法可以对结构较为复杂柔性转子进行有效的动平衡检验,但却对转子在动平衡时的运转次数(次数尽量多)提出了较高的要求,而对于大型的机组而言,通常难以达到此种要求;(2)振型平衡法。所谓振型平衡法是指以柔性转子回转体的实际情况为主要依据,对转子回转体取M个校正面,并在每一个校正面中设置不平衡量。通过引入挠曲变形方程从而使设置在不同校正面中的不平衡量发生挠曲变形,从而抵消所测柔性转子已有的挠曲变形。由于利用此方法并不能准确预测柔性转子中不平衡的分布函数,因此,此种方法更适用于结构较为简单的柔性转子。
结论:
        本文从动平衡机工作的基本原理的角度出发,通过对旋转机械中转子动平衡检验需要注意的问题及应对方法进行说明,进而对刚性转子与柔性转子动平衡检验方法展开了系统研究。进而得出在实际的化工生产的动平衡检验前,应该制定出科学、合理的动平衡精度选择以及动平衡标准检验和动平衡设备使用方案的结论。可见,未来加强对转子动平衡检验技术的研究力度,对于提高转子动平衡检验的精度和化工生产效率,并促进化工产业的健康、稳定发展具有重要的现实意义。
参考文献:
[1]王久斌.基于DSP的转子动平衡测试系统的开发与研究[D].重庆大学,2004.
[2]郭俊华.刚性转子动平衡技术及系统研究[D].昆明理工大学,2012.
[3]王迎.增压器涡轮转子动平衡机气浮式主轴研究[D].重庆大学,2012.
[4]高飞.电机转子动平衡去重控制系统的研究与设计[D].江苏大学,2010.
[5]谈建华.转子动平衡测试系统的开发[D].江苏大学,2010.

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