制冷機冷卻風扇轉子動平衡技術的研究

張洪彬

(哈爾濱商業大學)

制冷機冷卻風扇轉子動平衡技術的研究

張洪彬

(哈爾濱商業大學)

基于現場動平衡技術，通過對制冷機冷卻風扇轉子動平衡性能的分析，推導出制冷機現場動平衡過程中的單位質量影響系數，便可方便地推算出風扇轉子的實際配重，從而簡便有效的實現現場配重工作。

制冷機;冷卻風扇轉子;現場動平衡

0 前言

制冷機冷卻風扇轉子在工作過程中，會經常出現不平衡的狀況，是制冷機的常見故障之一，風扇轉子的不平衡要引起使用者高度重視，因為它將引起風扇及強烈的振動，但是風扇如果出現不平衡，要是將其解體分析，會很麻煩，因此是否可以在不解體的情況下，實現風扇的現場平衡技術是我們探索的方法之一?；谶@種思路，現力求給出一種制冷機冷卻風扇轉子在不解體的前提下進行現場平衡。

1 建立制冷機冷卻用風扇轉子振動的數學模型

如圖1所示為一制冷機冷卻風扇簡化的單自由度振動系統圖。設轉子的轉速為n(rpm)，則有ω=2πn/60，那么有相應的關系式

式中:M為風扇的總質量，kg;c為轉子的阻尼系數;k為轉子的彈性系數;m為轉子的偏心質量，kg;e為轉子的偏心距，mm;ω為轉子的工作頻率，Hz;x(t)為風扇振動的幅值響應，mm。

圖1 內燃機冷卻風扇動力學模型

解此方程，得

式中:θ為相位差，且

設系統的固有角頻率為 ω0，且令 λ =ω/ω0，ζ=ω20/(2M)則

討論:(1)對于幅頻特性:

當 λ ＜ ＜1(λ→0)時，xA→0;

當λ＞＞1時，且ξ很小，xA=me/M=const;

當 λ→1時，xA=me/(2Mξ)，因為 ξ很小，所以 xA出現峰值。

(2)對于相頻特性。

當λ→1時，無論ξ多大，θ=π/2;

當 ξ→0，λ 由1-→1時，θ=0;

λ由1+→1時，θ=π/2。

(3)轉子不平衡的振動過程。

當轉子剛啟動時，轉子的振動響應為零，隨著轉速的提高，振幅隨之加大，xA↑;

當 n=ω0/(2π)時，xA→me/(2ξ);

當 n＞ ＞ ω0/(2π)時，xA=me/M。

2 不解體情況下制冷機冷卻風扇轉子現場的動平衡

所謂不解體就是在在不拆卸轉子的情況下，在現場安裝各種測試傳感器，對風扇轉子機械系統自身消除me的過程，在現場可直接觀測其平衡效果。如圖2所示為轉子現場動平衡實驗裝置，其實施現場平衡過程如下。

圖2 現場動平衡實驗裝置

圖3 振動量矢量圖

第一步:啟動制冷機，使欲平衡的轉子保持穩定的工作轉速n，由振動傳感器測得在軸承處的原始振動量為A0，則

式中:a0為偏心質量;∠α0為偏心質量所對應的相位。

然后降速停機。

第二步:在停機后，在轉子上加上一已知試重UT，則

式中:UT為已知試重質量;∠uT為已知配重質量所對應的相位。

第三步:再次開機，使轉子再次達到其工作轉速n，測得軸承處的振動量為

由于振動量呈現線性特性，根據線性系統理論可知，如圖3所示A0是由轉子原始不平衡量U0引起的，而A1是由U0+UT引起的。故由圖3可知

設:單位質量的影響系數為α，則

影響系數的物理意義為檢測過程中，在轉子的圓盤上加裝單位質量試重，從而引起轉子系統在檢測處振動位移的變化量，為矢量計算。

試重消除后，則有

假設不消除其試重，則實際配重為

下面用一具體實例進行說明:某工業用制冷機的風扇以1 459.5 rpm逆時針轉動，基于不解體檢測技術，使用測振儀測得原始不平衡量產生的振幅和相位為:A0=5g/∠-40°。加試重后測得UT=2g/∠-30°，第二次啟動后測得數據為A1=9g/∠ -140°。則

那么將實際試重消除后，有

在不消除試重時，有

3 結論

本文對制冷機在不解體的情況下，通過對冷卻風扇轉子不平衡的測試分析，推導出一套制冷機的現場平衡技術，由分析得知制冷機冷卻風扇轉子為單自由度振動系統，這樣，使轉子的單位質量的影響系數很容易測得，也就可以方便地計算出風扇轉子的實際配重，因此這種方法是在不解體的情況下，在現場較為容易實施的一種平衡方法。

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1008-3383(2012)01-0090-02

2011-10-18

張洪彬(1985-)，男，研究方向:熱能與動力工程。