風機葉輪動平衡試驗誤差分析

薛 芳

(西山煤電集團公司生產技術處)

·技術經驗·

風機葉輪動平衡試驗誤差分析

薛 芳

(西山煤電集團公司生產技術處)

本文針對風機葉輪在動平衡試驗中存在的誤差現象，介紹了引起葉輪不平衡的幾種原因，并通過實例計算風機平衡誤差，得出了現場平衡的具體方法，提出了相應的建議和解決問題的措施。對提高風機葉輪動平衡試驗的成功率具有指導意義。

風機； 動平衡；試驗；誤差分析

針對風機葉輪的動平衡試驗中存在的問題，有些風機做過平衡后仍有較大振動的問題，筆者就具體的風機平衡誤差原因作了分析，得出了結論。

1 輔助芯軸的平衡問題

由于風機葉輪在平衡時一般采用的都是輔助芯軸，所以必須考慮芯軸是否滿足平衡的要求。由于芯軸是一個轉子，有其自身的不平衡量。在平衡過程中芯軸已和風機合在一起成為一個轉子，所以即使整體放在平衡機上已經平衡了，也僅是一個表面的平衡。對應轉子的校正平面芯軸自身的殘余不平衡量應小于轉子允許剩余不平衡量的10%，通常芯軸的質量約是葉輪質量的1/10，芯軸自身的不平衡量有可能與葉輪平衡的要求相等，因此，會直接影響葉輪平衡的最終結果。

另外，芯軸上的鍵和鍵槽也是平衡時一個容易被忽略的問題。有的用戶會認為半個鍵或整鍵的質量輕，且所在的半徑小得可以忽略，實際上鍵也是有相當質量的，一般有幾十克至幾百克，芯軸相對于風機葉輪的校正半徑要小幾倍，相除后仍可能有幾十克的不平衡質量附加到風機上。

2 芯軸中心和葉輪中心的平行偏移

根據平衡的基本原理

U=Me=ur

(1)

式中:

U—不平衡量；

M—零件的質量；

e—回轉中心和質量中心的間距；

u—不平衡質量；

r—校正半徑。

如果風機支承位置的中心和芯軸的軸線中心有偏心，根據式(1)該偏心就會產生不平衡量，產生的誤差就會直接附加到風機上。

為保持偏心距盡量小，在芯軸加工過程中，要使加工芯軸的基準保持完全一致，即保證芯軸上軸頸支承位置和葉輪接觸位置保證很高的同軸度，為防止芯軸表面的磨損產生新的誤差，芯軸在與轉子接觸的位置與軸頸位置必須得有硬度。這樣生產的芯軸才能滿足通常的精度要求。例如：葉輪的不平衡量要求是40 g·mm/kg=40 μm，芯軸的偏心或稱作芯軸中心位置與軸頸位置的同心度在4 μm即可。

例如：芯軸偏心距=6 μm

需要平衡要求=20 g·mm/kg；允許的剩余不平衡量=20-6=14 g·mm/kg；對2個平面的平衡：每個平面的不平衡量=7 g·mm/kg。

再好的芯軸，即使開始偏心只有1 μm，使用一段時間后也會產生5～10 μm的偏心。如果要求的平衡精度比該值小，在平衡過程中可根據芯軸的偏心量和角度自行做相應的調整。

在實際中還要考慮到芯軸和風機孔接觸配合面都有公差，最大的偏心即為最大配合公差的一半。

例如：偏心距e=10 μm； 公差s=14 μm；最大允許的偏心誤差e+s/2=10+14/2=17 μm。

3 葉輪的傾斜

如果葉輪裝在實際軸端面上有傾斜或芯軸本身有彎曲，在旋轉中可能產生的力偶不平衡量就會附加到葉輪中去(見圖1)。葉輪微小傾斜產生的力偶不平衡的公式:

圖1 葉輪在旋轉中產生的力偶不平衡示意圖

Mu≈ (Iy-Iz)φ

(2)

Iz=1/2m(R2+r2)

(3)

Iy= 1/4m(R2+r2+1/3b2)

(4)

Mu≈1/4m( 1/3b2-R2―r2)φ

(5)

兩側平面的力偶平衡φ公式：Mu=urb

葉輪的傾斜對平衡有很大的影響，通常窄的風機只要做單面平衡，如果傾斜到一定程度，就需在風機本軸上做雙面平衡。

為說明此情況，列舉一個實例，說明產生一對力偶不平衡量添加到葉輪上的情況。

假設葉輪的質量m=700 kg，D=1 000 mm，r=75 mm，b=300 mm,L=1 200 mm,C=1 500 mm。

Pi(校正平面端面跳動)=0.24 mm,n=1 000 r/min，G=6.3

求：葉輪傾斜產生的力偶不平衡：

φ≈sinφ=Pi/D=0.24/1 000

Mu≈1/4×700 kg (1/3×3002-5002―752) ×0.24/1 000≈9 003 kg·mm2

U(力偶不平衡量)=9 003/300≈30 kg·mm

對外伸端葉輪允許的不平衡量公差為:

G=eω

e=6.3/(n/10)=0.063 mm

Uper=me=700×0.063=44 kg·mm

可允許的靜不平衡量：

Uper3=L/(4C)=44×1 200/(4×1 500)

=8.8 kg ·mm

可允許的力偶不平衡量：

Uper1=Uper2=Uper(3L/8b)=44×(3×1 200/8×300)=66 kg·mmgt;U(力偶不平衡量)

通過計算說明，該葉輪傾斜造成的力偶不平衡量在平衡公差范圍內。但如果傾斜角度、工作轉速和零件寬度改變就會超出公差要求。

因為(1/3b2-R2―r2的)值小，Mu的值就小。所以，對盤類零件中相對寬的葉輪傾斜產生的力偶不平衡量相對窄的葉輪就小些。

如果一個相對寬的盤類零件，設計或制造時，要求力偶不平衡量不能忽略，選擇做雙面平衡。另一方面對窄的盤類零件也可選擇不做雙面平衡，但要保證零件的端面跳動足夠小，況且零件窄，在平衡機上也比較難平衡，因為兩個平面相對近，校正平面的分離就會差，測出的量值也會很大。

對長期使用的風機，由于時間長，軸和葉輪內孔有磨損，配合很松，無法平衡，建議在軸和葉輪間重新鑲套，控制好新聯接的徑跳和端跳后再做平衡，也可采用現場平衡的方法，用現場平衡儀直接平衡，這也是解決所有誤差的好方法。

4 結 論

建議風機的生產不僅要有平衡的概念，更需要了解怎樣才能做好風機的平衡。隨著風機轉速的提高，風機制造已不再是粗加工就能解決的，從上例中也可看到風機的垂直度稍微不好，就會產生力偶不平衡，造成振動，而且也無法通過平衡的方法解決。

另外，提醒風機用戶除正確計算風機的平衡公差外，還要重視其他芯軸、鍵等影響風機平衡的因素。

AnalysisonDynamicBalanceTestforImpellerofFan

XueFang

In this paper, according to the error of the dynamic Balance test for Impeller of Fan , some cause of impeller unbalance are introduced in brief , the method of field balance is got by calculating balance error of fan, the suggestion and solution specific method are put forward. It has guiding significance to improve the success rate of he dynamic Balance test for Impeller of fan.

Fan; Dynamic balance; Allowance analysis

薛 芳 女 1972年出生 1996年畢業于太原理工大學 工程師 太原 030053

TD441

B

1672-0652(2010)10-0043-02

2010-07-29