化工裝置中轉(zhuǎn)機(jī)的動(dòng)平衡技術(shù)研究與應(yīng)用

李　君　薛蘭茁　王維彪

摘要:對(duì)化工生產(chǎn)裝置中轉(zhuǎn)機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡方法進(jìn)行了研究、分析,提出了各種情況下轉(zhuǎn)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的對(duì)策,為大型、關(guān)鍵機(jī)組的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞:化工裝置 動(dòng)平衡 技術(shù) 精度

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,化工生產(chǎn)裝置中的旋轉(zhuǎn)機(jī)械在生產(chǎn)中的所處的地位越來越重要,功率越來越大、轉(zhuǎn)速越來越高、結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜,其中,作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的不平衡離心慣性力引起的機(jī)械振動(dòng)問題越來越突出,成為化工生產(chǎn)中決定轉(zhuǎn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)周期的關(guān)鍵因素之一。化工生產(chǎn)裝置檢修過程中常常會(huì)遇到轉(zhuǎn)機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡測(cè)試問題,轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試方法的正確與否對(duì)動(dòng)平衡的測(cè)試質(zhì)量影響很大,直接關(guān)系到轉(zhuǎn)機(jī)的設(shè)備檢修質(zhì)量,有時(shí)甚至引起嚴(yán)重的設(shè)備事故。轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡方法研究就是為減少和消除這個(gè)振源,使其達(dá)到允許的動(dòng)平衡精度,把轉(zhuǎn)機(jī)的振動(dòng)控制在允許范圍內(nèi)的一種方法。

二、動(dòng)平衡機(jī)的工作原理和種類

平衡轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)固有頻率的稱為軟支承平衡機(jī)。這種平衡機(jī)的支承剛度小,傳感器檢測(cè)出的信號(hào)與支承的振動(dòng)位移成正比。

三、轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡檢測(cè)時(shí)經(jīng)常遇到的問題及解決對(duì)策

1. 轉(zhuǎn)子平衡方式的選擇。由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和形狀差異較大,因此動(dòng)平衡的檢測(cè)方法不同。檢修過程中選用那種方法比較合理,要根據(jù)實(shí)際情況決定。一般根據(jù)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的厚度與直徑之比選用平衡試驗(yàn)的方式。

2. 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡前的應(yīng)進(jìn)行的準(zhǔn)備工作。因?yàn)檗D(zhuǎn)子經(jīng)過長(zhǎng)周期的運(yùn)行和檢修過程不可避免的會(huì)產(chǎn)生變形,而變形尺寸的大小直接關(guān)系到轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的精度。因此,轉(zhuǎn)子在進(jìn)行動(dòng)平衡前有必要對(duì)各部尺寸重新進(jìn)行校核,確保轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的精度。特別是軸的頂尖孔的表面情況、軸頸處相對(duì)頂尖孔處園跳動(dòng)情況、軸的直線度和轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)情況要進(jìn)行認(rèn)真的檢查和記錄,并與圖紙進(jìn)行核對(duì),如有變化須進(jìn)行必要的校正。對(duì)于盤狀轉(zhuǎn)子要檢查盤狀轉(zhuǎn)子的擺動(dòng)量;對(duì)懸臂狀園盤轉(zhuǎn)子,分解后進(jìn)行動(dòng)平衡檢驗(yàn)時(shí),要檢查裝配位置的配合情況和形位公差在規(guī)定范圍內(nèi)。

3. 如何選擇轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的精度。轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡時(shí),應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)使用狀況,合理的選擇平衡的精度等級(jí),避免過剩檢修和欠維修現(xiàn)象發(fā)生。高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械以及軸承剛性低的機(jī)械通常選用平衡程度值小的,相反選用大值。另外,旋轉(zhuǎn)部份的質(zhì)量與機(jī)械整體質(zhì)量之比較小時(shí).通常選用的平衡程度值要大。

4. 如何選擇合適的平衡機(jī)。因?yàn)閯?dòng)平衡機(jī)是系列化生產(chǎn)的,從確保測(cè)試精度和對(duì)設(shè)備的使用壽命兩方面考慮,應(yīng)根據(jù)自己的轉(zhuǎn)子選用合適的機(jī)型。不能有一種選型上的錯(cuò)覺,認(rèn)為一臺(tái)大規(guī)格型號(hào)動(dòng)平衡機(jī),就可包羅萬象進(jìn)行在此規(guī)格之下的所有不同重量的轉(zhuǎn)子的測(cè)試。生產(chǎn)廠在樣本上標(biāo)出各型號(hào)動(dòng)平衡機(jī)的e值,是采用此型號(hào)最大承載量的1/3左右的校驗(yàn)轉(zhuǎn)子進(jìn)行調(diào)試后能達(dá)到的平衡精度值。

四、剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的幾個(gè)注意問題

(1)剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡,只要試驗(yàn)系統(tǒng)的靈敏度足夠,可取較低的平衡轉(zhuǎn)速(相對(duì)于工作轉(zhuǎn)數(shù)而言),所以通常也稱為低速動(dòng)平衡。平衡轉(zhuǎn)數(shù)只需取一個(gè),一般為工作轉(zhuǎn)數(shù)的20%。在此轉(zhuǎn)數(shù)上轉(zhuǎn)子的彎曲變形顯然很小,不會(huì)影響其不平衡量的大小和分布,平衡過程中只是把力和力偶不平衡量降低到許可的范圍內(nèi)。

(2)對(duì)于停放時(shí)間較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)子,為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定,轉(zhuǎn)子需在平衡轉(zhuǎn)數(shù)上維持一定的時(shí)間后再進(jìn)行測(cè)量。

(3)轉(zhuǎn)子上各個(gè)部件或零件的不平衡量應(yīng)盡量在之身上給與平衡校正。這樣做的目的,其一可以消除旋轉(zhuǎn)時(shí)由于不平衡量離心力與校正量離心力不在同一平面或同一體上而引起內(nèi)應(yīng)力,其二可以降低高速時(shí)的震型不平衡量。

(4)轉(zhuǎn)子上各個(gè)部件或零件應(yīng)盡量安裝在本轉(zhuǎn)子軸上給與平衡校正。對(duì)于不得不借助于輔助軸進(jìn)行平衡的部件,例如聯(lián)軸器整體,則應(yīng)注意輔助軸帶來的影響,并予以消除。

(5)轉(zhuǎn)子校正時(shí),轉(zhuǎn)子的兩個(gè)校正面之間距離應(yīng)盡量大,并應(yīng)位于轉(zhuǎn)子重心的兩側(cè)。

(6)不平衡量的校正方式最好采用螺釘校正或平衡槽加重,盡量不用砂輪磨削的去重方法。

(7)對(duì)有鍵槽的旋轉(zhuǎn)軸或者配合部件進(jìn)行單獨(dú)平衡時(shí),必須用半鍵進(jìn)行平衡。但是當(dāng)平衡裝置具有對(duì)鍵槽不平衡進(jìn)行補(bǔ)償功能時(shí),就沒有這種限制。

(8)轉(zhuǎn)子在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行平衡校正時(shí),是其回轉(zhuǎn)軸線應(yīng)與其工作時(shí)的回轉(zhuǎn)軸線相一致,以免影響其平衡精度。

五、柔性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡檢驗(yàn)方法

工作轉(zhuǎn)速高于最低階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為柔性轉(zhuǎn)子。在日常工作中,諸如透平、離心機(jī)等這類轉(zhuǎn)子經(jīng)常會(huì)碰到。在工程上只能取有限個(gè)校正平面去完成理論上無窮多的校正。目前,理想的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡校正方法正處在研究探索中,本文只介紹工程中常用的兩種方法。

(1)振型平衡法

根據(jù)柔性轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)體的實(shí)際情況,取N個(gè)校正面,在每個(gè)校正面上設(shè)置一個(gè)不平衡量,應(yīng)用撓取變形方程,使這些不平衡量產(chǎn)生的撓曲變形去抵消轉(zhuǎn)子已有的撓曲變形。由于無法預(yù)知轉(zhuǎn)子內(nèi)的不平衡分布函數(shù),因此,只適用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不超過三階的柔性轉(zhuǎn)子。

(2)影響系數(shù)法

在柔性轉(zhuǎn)子上選定有限個(gè)校正平面和振動(dòng)測(cè)量點(diǎn),依次在每一個(gè)平面上加一不平衡量。讓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),測(cè)出各點(diǎn)的振動(dòng)量,算出其影響系數(shù),代入影響系數(shù)方程,就可算出各校正面的等效不平衡量。采用加重或減重的方法,很容易抵消這些等效不平衡量,使各點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)均為零。這種方法適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的柔性轉(zhuǎn)子,缺點(diǎn)是需要運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的次數(shù)太多,對(duì)于大型機(jī)組有時(shí)是做不到的。

六、結(jié)論

化工生產(chǎn)中,轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡檢驗(yàn)是大型關(guān)鍵機(jī)組轉(zhuǎn)機(jī)檢修中一項(xiàng)十分重要的工作,也是一項(xiàng)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程,每一個(gè)子系統(tǒng)的工作狀態(tài)的好壞,直接關(guān)系到轉(zhuǎn)機(jī)檢修工作的成敗。轉(zhuǎn)子平衡檢驗(yàn)即要求檢修、檢驗(yàn)人員對(duì)轉(zhuǎn)機(jī)檢修工藝過程有較深的認(rèn)識(shí)和了解,又要掌握較深的平衡檢驗(yàn)理論知識(shí)和技能。選用的方法和設(shè)備不同,其平衡結(jié)果的差異較大。因此,轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡檢測(cè)前,應(yīng)由相關(guān)部門組織技術(shù)人員制定出包括轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度的選擇、動(dòng)平衡標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)、動(dòng)平衡方法的確定和動(dòng)平衡設(shè)備的使用等一系列完整的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試方案。

作者簡(jiǎn)介:李君(1963年7),男,吉林省。研究生,研究方向:機(jī)械設(shè)備與管理。