電廠火檢風(fēng)機(jī)動平衡應(yīng)用

張道 曹璐 王朝立

摘 要：對于火檢風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障，可以采用影響系數(shù)法加以解決。本文分析影響系數(shù)法的計算過程，簡化配重角選取的計算公式，借助Excel軟件編制數(shù)值計算模型，通過火檢風(fēng)機(jī)現(xiàn)場配重，解決了火檢風(fēng)機(jī)質(zhì)量不平衡故障，為風(fēng)機(jī)動平衡提供了參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī);影響系數(shù);配重角;動平衡

中圖分類號：TM621文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）19-0054-03

Abstract： The influence coefficient method can be used to solve the mass imbalance fault of flame detection fan rotor. This paper analyzed the calculation process of the influence coefficient method， simplified the calculation formula for the selection of counterweight angle， compiled the numerical calculation model with the help of Excel software， solved the mass imbalance fault of the flame detection fan through the field counterweight of the flame detection fan， and provided a reference for the dynamic balance of the fan.

Keywords： fan;influence coefficient;angle of balancing;dynamic balance

造成火電廠風(fēng)機(jī)振動的原因很多，也很復(fù)雜，但是不平衡是風(fēng)機(jī)振動的主要原因之一。由不平衡所造成的振動約占轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動原因的30%，約占機(jī)械全部故障的50%[1]。解決不平衡造成的風(fēng)機(jī)振動故障的方法為轉(zhuǎn)子動平衡，而進(jìn)行轉(zhuǎn)子動平衡一般采用影響系數(shù)法。影響系數(shù)法是利用專業(yè)儀器測量風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子初始和試加重量后的振動相位和幅值，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)和試加重量，計算出影響系數(shù)，再通過影響系數(shù)計算出不平衡質(zhì)量的位置和大小[2]。

在應(yīng)用影響系數(shù)法的過程中，相關(guān)學(xué)者[3-4]只是運(yùn)用軟件和畫圖法分析出轉(zhuǎn)子配重塊的位置和重量，沒有對試重塊前后振動數(shù)值變化量進(jìn)行計算分析，對配重角度選取的計算公式也未分析清楚，實(shí)際操作中并沒有按照計算的配重角度進(jìn)行。因此，明確影響系數(shù)法的計算分析過程顯得尤為重要。本文通過分析加裝試重塊前后振動數(shù)值變化量的計算過程，簡化配重角選取的計算公式，借助Excel軟件進(jìn)行模擬計算，運(yùn)用數(shù)值模擬計算模型，得到最終配重塊的角度和重量，為轉(zhuǎn)子動平衡的配重提供了參考。

1 物理模型

1.1 設(shè)備模型

圖1為某電廠火檢風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，電機(jī)轉(zhuǎn)子與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子為整根轉(zhuǎn)子，兩轉(zhuǎn)子間無聯(lián)軸器。整根軸系由電機(jī)的前后軸承支撐，即圖1中的1號軸承和2號軸承，測量轉(zhuǎn)速為2 975 rad/min，轉(zhuǎn)頻為49.58 Hz。

1.2 振動模型

測量風(fēng)機(jī)動平衡的傳感器包括振動傳感器和鍵相傳感器。振動傳感器測量振動的幅值和相對相位;鍵相傳感器測量振動的絕對相位，即通過鍵相傳感器得到確切的不平衡位置。振動高點(diǎn)的相位角以振動傳感器為零位并逆轉(zhuǎn)向計角，加裝的配重塊以鍵相傳感器為零位逆轉(zhuǎn)向計角。振動測量的數(shù)值模型如圖2所示。

2 影響系數(shù)法數(shù)值模擬建模

2.1 計算方程

2.3 數(shù)值模擬計算

根據(jù)試重塊的數(shù)值，計算得到影響系數(shù)，再根據(jù)公式（1）計算得到最終的配重塊向量[P2]。根據(jù)公式（1）、（2）、（4），利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)值建模，將各數(shù)據(jù)的公式編入相應(yīng)表格中，建立的計算模型如表1所示。表1中只需要錄入[A1]、[A0]、[P1]的幅值和相位值，即可計算得到最終的配重向量。

3 動平衡應(yīng)用

以某電廠火檢風(fēng)機(jī)為例，采用影響系數(shù)法對轉(zhuǎn)子動平衡進(jìn)行數(shù)值模擬。在火檢風(fēng)機(jī)的電機(jī)端1號軸承和2號軸承處分別安裝水平方向和垂直方向的振動傳感器，在火檢風(fēng)機(jī)葉輪處貼上反光帶，并安裝鍵相傳感器，從風(fēng)機(jī)側(cè)看向電機(jī)側(cè)，風(fēng)機(jī)為順時針旋轉(zhuǎn)，鍵相傳感器與水平方向傳感器逆轉(zhuǎn)向相差270°，與垂直方向傳感器相差180°。振動測點(diǎn)選取時，1V為1號軸承垂直方向振動，1H為1號軸承水平方向振動，2V為2號軸承垂直方向振動，2H為2號軸承水平方向振動。

3.1 風(fēng)機(jī)不平衡振動分析

表2為火檢風(fēng)機(jī)振動的初始值。由表2可知，電機(jī)水平振動數(shù)值大于垂直振動數(shù)值，1倍頻幅值占通頻振動幅值80%以上，2號軸承振動值大于1號軸承，即越靠近風(fēng)機(jī)側(cè)振動越大。綜上所述，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子存在不平衡，需要進(jìn)行動平衡來消除振動。

3.2 動平衡的數(shù)值模擬應(yīng)用

由于2號軸承水平振動數(shù)值最大，因此將2號軸承水平振動1倍頻的幅值和相位作為平衡振動的原始數(shù)據(jù)，即將15.7∠193作為原始的振動值，運(yùn)用影響系數(shù)法，選取試重塊，計算影響系數(shù)，根據(jù)系數(shù)得到最終配重值，平衡振動高點(diǎn)。

配重角的選取和計算?？紤]到風(fēng)機(jī)為撓性轉(zhuǎn)子，初次選取的機(jī)械滯后角應(yīng)為鈍角，因此選擇滯后角為100°的鈍角，按照配重角計算公式計算選取的配重角為193°+180°-100°=273°。遵循安裝角度方便的原則，最終選取的角度為270°。

根據(jù)經(jīng)驗值公式（7）計算得到配重塊質(zhì)量為6 g左右。由于采取焊接方式加裝配重，考慮到實(shí)際過程中焊材用量的多少，最終確定試塊與焊材的重量為6.6 g。因此，初次加裝配重的矢量值為6.6 g∠270?；饳z風(fēng)機(jī)加裝試重后的振動數(shù)值如表3所示。

由表3可知，加裝試重后，2號軸承水平振動變化明顯，由15.7∠193變?yōu)?.27∠217。單平面影響系數(shù)法動平衡數(shù)值模擬計算結(jié)果如表4所示。由表4可知，該火檢風(fēng)機(jī)的影響系數(shù)為1.23，機(jī)械滯后角為75°。對此臺火檢風(fēng)機(jī)來說，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，該機(jī)械滯后角為定值，此數(shù)值為今后此臺火檢風(fēng)機(jī)的動平衡配重奠定了基礎(chǔ)。通過滯后角的計算，可以快速準(zhǔn)確地配重平衡塊，減少火檢風(fēng)機(jī)的啟停次數(shù)，提升配重的效率與質(zhì)量。

由表4可知，不拆除試重后的最終配重為[P2]=7.5 g∠321。根據(jù)火檢風(fēng)機(jī)實(shí)際情況，選取方便施工的角度值，最終角度選取315°，實(shí)際最終配重的位置和角度確定為[P3]=7.6 g∠315，最終配重的半徑與試重塊的半徑位置保持一致，最終配重安裝后的振動數(shù)值如表5所示。

由表5可知，電機(jī)#1、#2軸承的振動值均達(dá)到優(yōu)秀值，影響系數(shù)法的動平衡配重效果顯著。

4 結(jié)論

①同一臺設(shè)備在同一轉(zhuǎn)速下的機(jī)械滯后角是不變的，通過確定機(jī)械滯后角，能提升轉(zhuǎn)子動平衡的質(zhì)量與精度。

②通過推導(dǎo)影響系數(shù)法向量的計算，運(yùn)用Excel軟件建立數(shù)學(xué)模型，降低了計算難度，與常規(guī)的作圖法相比，精準(zhǔn)度高，效率快，通過某電廠火檢風(fēng)機(jī)的論證，可行性強(qiáng)。

③在配重角選取時，無須考慮鍵相傳感器與振動傳感器的夾角，統(tǒng)一采用鍵相傳感器計角，公式簡化為[θ=?±180-β]，使得現(xiàn)場配重更加方便快捷。

參考文獻(xiàn)：

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