張忠信，王建軍

（蘭州石化設(shè)備維修公司，甘肅蘭州 730060）

LW250型離心機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡方法

張忠信，王建軍

（蘭州石化設(shè)備維修公司，甘肅蘭州 730060）

用常規(guī)方法對(duì)離心機(jī)的差速雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校核時(shí)，最少需要啟停機(jī)6次，效率不高。通過(guò)對(duì)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析及波形分解，知道內(nèi)外轉(zhuǎn)子的振動(dòng)分量?jī)H與各自轉(zhuǎn)子不平衡量有關(guān)，因此雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)平衡問(wèn)題便轉(zhuǎn)化成2個(gè)單轉(zhuǎn)子來(lái)處理，如此可實(shí)現(xiàn)常規(guī)方法3次啟停機(jī)完成離心機(jī)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)平衡校核。

離心機(jī)；動(dòng)平衡；雙自由度；影響系數(shù)法

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.21

0 概述

離心機(jī)為雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，它由一定速差的2個(gè)轉(zhuǎn)子組成。內(nèi)轉(zhuǎn)子通過(guò)滾動(dòng)軸承安裝在外轉(zhuǎn)子內(nèi)壁，外轉(zhuǎn)子通過(guò)滾動(dòng)軸承安裝于軸承座上。因其內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)軸線重合，機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)外轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)相互影響，給現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的數(shù)據(jù)分析帶來(lái)一定干擾。

1 離心機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)分析

離心機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的簡(jiǎn)化力學(xué)模型見圖1，為了便于分析對(duì)模型作5個(gè)假設(shè)。

（1）離心機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)裝配精度完好，支承強(qiáng)度足夠。

（2）僅對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在垂直平面內(nèi)的受力和振動(dòng)情況進(jìn)行分析。

（3）內(nèi)、外轉(zhuǎn)子在垂直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)可看成各自質(zhì)心C1和C2的平動(dòng)x1和x2及繞過(guò)質(zhì)心水平軸（垂直紙面）的轉(zhuǎn)動(dòng)θ1和 θ2。

（4）m1，m2分別為內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的質(zhì)量；J1，J2分別為內(nèi)、外轉(zhuǎn)子繞過(guò)質(zhì)心水平軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；k1，k2分別為內(nèi)、外轉(zhuǎn)子相應(yīng)軸承的剛度系數(shù)且同一轉(zhuǎn)子兩支承軸承的剛度相等。

（5）假定內(nèi)、外轉(zhuǎn)子各自不平衡量引起的離心慣性力F1，F(xiàn)2，且F1，F(xiàn)2所在的截面同C1和C2所在截面的距離分別為L(zhǎng)l和L2；由此可得不平衡量引起的繞質(zhì)心慣性力矩為：M1=F1L1，M2=F2L2。

圖1 離心機(jī)轉(zhuǎn)子簡(jiǎn)化力學(xué)模型

在以上假設(shè)基礎(chǔ)上，圖2所示的簡(jiǎn)化力學(xué)模型軸承支承部分可視為雙自由度系統(tǒng)。

離心機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)微分方程見式（1）式（2）。

圖2 雙自由度系統(tǒng)系統(tǒng)

外轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)微分方程見式（3）式（4）。

由式（1）～（4），可得式（5）～（8）。

由式（5）～（8）可以看出，x1，x2，θ1和 θ2是不平衡力和力偶的線性組合，其中，a1，a2，b1，b2，c1，c2，d1和 d2是常數(shù)，與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)。故而離心機(jī)左右兩端軸承處的振動(dòng)值可表示式（9）和式（10）。

對(duì)離心慣性力F1，F(xiàn)2和慣性力矩M1，M2進(jìn)行分解，可將F和M分解成左右軸承處不平衡力和左右軸承處不平衡力矩，見式（11）所示：

將式（11）代入式（9），（10）可得式（12）和式（13）。

由式（12）和式（13）可知：①xz，xy是 2 個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成，對(duì)于離心機(jī)整機(jī)來(lái)講，其軸承座上的振動(dòng)是由內(nèi)轉(zhuǎn)子不平衡量激勵(lì)產(chǎn)生的的振動(dòng)與外轉(zhuǎn)子不平衡量激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)的疊加。因此整機(jī)動(dòng)平衡時(shí)，可用測(cè)振傳感器采集軸承座上的振動(dòng)信號(hào)，然后通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?，分別提取出內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信號(hào)。②內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的各自振動(dòng)量只與各自的不平衡量有關(guān)，整機(jī)做現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校核時(shí)，可以將雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)平衡問(wèn)題轉(zhuǎn)化成2個(gè)單轉(zhuǎn)子來(lái)處理。這說(shuō)明內(nèi)、外轉(zhuǎn)子可以分別平衡，不會(huì)相互影響。當(dāng)采用影響系數(shù)法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行平衡時(shí)，只需要考慮內(nèi)、外轉(zhuǎn)子各自影響系數(shù)就能解決問(wèn)題。

2 振動(dòng)波形分解

通過(guò)上面的分析可以知道，離心機(jī)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡振動(dòng)信號(hào)是2個(gè)頻率相差很小的簡(jiǎn)諧振動(dòng)疊加而成的，可表示式（14）或式（15）。

式中，A1，A2，ω1，ω2，φ1和 φ2為內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子不平衡振幅、頻率和相位，Δφ為角度常數(shù)。從式（15）可以看出，①當(dāng)（ω1-ω2）t+（φ1-φ2）=2kπ，k=0，1，2，…，n 時(shí)，離心機(jī)合成振動(dòng)的 2 個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)分量同相疊加，形成波峰，振動(dòng)值達(dá)到最大值，即Amax=A1+A2。②當(dāng)（ω1-ω2）t+（φ1-φ2）=2（k+1）π，k=-0，1，2，…，n 時(shí)，離心機(jī)合成振動(dòng)的2個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)分量反相疊加，形成波谷，振動(dòng)值達(dá)到最小值，即Amin=A1-A2。

此時(shí)如果要對(duì)離心機(jī)進(jìn)行整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，首先必須從振動(dòng)信號(hào)中分離出內(nèi)、外轉(zhuǎn)子各自的不平衡振動(dòng)分量。振動(dòng)信號(hào)分離原理如式（16）所示。

通過(guò)測(cè)量離心機(jī)瞬時(shí)振動(dòng)值，根據(jù)式（16），把內(nèi)外轉(zhuǎn)子的2個(gè)振動(dòng)幅值求出來(lái)。相位的測(cè)量須在內(nèi)、外轉(zhuǎn)子表面貼相位基準(zhǔn)標(biāo)記，通過(guò)測(cè)量基準(zhǔn)信號(hào)與振動(dòng)波峰之間的相位差，即可確定各自的相位。

3 離心機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡步驟

離心機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡方法采用影響系數(shù)法，圖3為離心機(jī)整機(jī)動(dòng)平衡測(cè)試示意圖。

圖3 離心機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡雙校正面測(cè)試簡(jiǎn)圖

（3）由前述理論分析可知，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子振動(dòng)相互影響不大，故因此可求出關(guān)于外轉(zhuǎn)子的2個(gè)平面加重影響系數(shù)，見式（17）。

（4）取下 PIw，在上加試重 PⅡw，在處測(cè)得振動(dòng)值為A2，B2。

（5）通過(guò)上述分析，可以得到離心機(jī)外轉(zhuǎn)子不平衡量的影響系數(shù)見（19）。

（6）同樣，分別對(duì)離心機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子2個(gè)側(cè)面加試重，算出內(nèi)轉(zhuǎn)子的不平衡量影響系數(shù)見式（20）。

解該方程組可以求得內(nèi)、外轉(zhuǎn)子2個(gè)平衡面上的加重大小和角度。

4 結(jié)論

（1）離心機(jī)內(nèi)、外轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)之間的相互影響很小，可采用影響系數(shù)法校核離心機(jī)的動(dòng)平衡。

（2）離心機(jī)動(dòng)平衡校核方式分為整機(jī)動(dòng)平衡校核和轉(zhuǎn)鼓螺旋單獨(dú)校核。整機(jī)動(dòng)平衡校核時(shí)，需用儀器或軟件對(duì)振動(dòng)信號(hào)分離，可實(shí)現(xiàn)3次啟停機(jī)完成離心機(jī)動(dòng)平衡校核。由于受到軟硬件限制，無(wú)法分離振動(dòng)信號(hào)，則需單獨(dú)對(duì)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓和螺旋做動(dòng)平衡校核。整個(gè)校核過(guò)程至少6次啟停機(jī)，效率低于整機(jī)動(dòng)平衡校核方式。

TH113

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〔編輯 凌 瑞〕