多級(jí)離心泵現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究

李 程，傅樹霞，呂 明

(1.廣東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院茂名檢測(cè)院，廣東 茂名 525000；2.廣東石油化工學(xué)院廣東省石化裝備故障診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 茂名 525000；3.中國(guó)石油撫順石化分公司烯烴廠， 遼寧 撫順 113008)

多級(jí)離心泵現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究

李 程1，傅樹霞2，呂 明3

(1.廣東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院茂名檢測(cè)院，廣東 茂名 525000；2.廣東石油化工學(xué)院廣東省石化裝備故障診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 茂名 525000；3.中國(guó)石油撫順石化分公司烯烴廠， 遼寧 撫順 113008)

對(duì)轉(zhuǎn)子平衡技術(shù)的原理進(jìn)行了研究，介紹了一些基礎(chǔ)概念。對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)生故障的主要特征進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)搭建了自己的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡模擬試驗(yàn)臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)搭建的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡模擬試驗(yàn)臺(tái)和HM3BU動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試的試驗(yàn)，得到了振動(dòng)值與不平衡量之間的關(guān)系。

多級(jí)離心泵；現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡；振動(dòng)測(cè)量；轉(zhuǎn)子

離心泵等旋轉(zhuǎn)機(jī)械在現(xiàn)代生活中占有舉足輕重的地位，被廣泛應(yīng)用于石油化工、紡織、冶金、食品、釀造、制藥、工業(yè)和城市給排水、高層建筑增壓送水、園林噴灌、消防增壓、遠(yuǎn)距離輸水等多個(gè)行業(yè)多個(gè)領(lǐng)域，直接關(guān)系到國(guó)家的生產(chǎn)和人民的生活。為了滿足更高、更遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸，達(dá)到更高的生產(chǎn)效率，多級(jí)離心泵得到了愈加廣泛的應(yīng)用。隨著社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)的需要和科技的日新月異，離心泵等旋轉(zhuǎn)機(jī)械逐漸向著大型化、精密化和高速化發(fā)展，這就對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的性能提出了更高的要求。

1 多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡原理

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡，需要滿足以下條件：

即慣性力的矢量和等于零，并且慣性力矩的矢量和也等于零。

在支承系統(tǒng)上，轉(zhuǎn)子由于被驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)量時(shí)，要求支承系統(tǒng)必須具有必要的自由度[1]。這樣在不平衡離心力的作用下，才能保證支承系統(tǒng)有規(guī)律的振動(dòng)，并且能夠與轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量成正比。

由此轉(zhuǎn)子——支承系統(tǒng)就組成了某種形式的質(zhì)量--彈簧系統(tǒng)，如果想要測(cè)得轉(zhuǎn)子校正面的不平衡質(zhì)量的大小和相位，只需要測(cè)量轉(zhuǎn)子系統(tǒng)支承處的振動(dòng)即可。然后我們?cè)俑鶕?jù)需要進(jìn)行加重或者去重的平衡操作，這就是動(dòng)平衡的原理。

2 場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障的診斷和分析，主要是通過使用測(cè)振儀器，獲得設(shè)備的振動(dòng)值，然后根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，如幅值、相位、軸心軌跡等振動(dòng)參數(shù)的不同特征，分析判斷設(shè)備可能存在的故障，并找到引起機(jī)器振動(dòng)的原因[2]。

本實(shí)驗(yàn)正好相反，我們意圖通過對(duì)不平衡質(zhì)量的改變，來(lái)引起設(shè)備的振動(dòng)，利用測(cè)振儀器獲得設(shè)備的振動(dòng)值，如有可能我們期望得出振動(dòng)值——不平衡量——配重值三者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系[3]，這樣我們便可以更好的根據(jù)測(cè)得的振動(dòng)值找出不平衡的原因，并準(zhǔn)確的進(jìn)行不平衡校正，從而降低振動(dòng)，達(dá)到設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 試驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)采用自主設(shè)計(jì)的二級(jí)，三級(jí)，四級(jí)轉(zhuǎn)子為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在每個(gè)葉輪上都鉆有M8的螺紋孔，用螺栓來(lái)改變不平衡質(zhì)量的大小。在兩個(gè)平衡盤上也都鉆有M8的螺紋孔，用來(lái)進(jìn)行平衡配重。如圖1所示：

圖1 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡模擬試驗(yàn)臺(tái)正面圖

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)

如圖2.1所示，主要由軸承，轉(zhuǎn)子支架，電機(jī)支架，電機(jī)組成。現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)區(qū)別于動(dòng)平衡機(jī)的不同在于它的支承剛度，而且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到3000RPM，即在轉(zhuǎn)子是工作轉(zhuǎn)速下運(yùn)作。我們?cè)趧?dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)得轉(zhuǎn)子的振動(dòng)值。

2.2.2 HM3BU動(dòng)平衡機(jī)

HM3BU動(dòng)平衡機(jī)是德國(guó)申克公司生產(chǎn)的，主要由平衡機(jī)和電控箱組成。平衡機(jī)由光電傳感器、振動(dòng)傳感器、放大器組成。光電傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和不平衡相位。振動(dòng)傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)子的振動(dòng)值。放大器將傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行放大。在試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試完轉(zhuǎn)子的振動(dòng)值后，要將轉(zhuǎn)子拆卸下來(lái)，放到動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行平衡配置，記錄配重值[4]。

首先要測(cè)量轉(zhuǎn)子支承處的直徑，和驅(qū)動(dòng)處的直徑，計(jì)算兩者與動(dòng)平衡機(jī)支承處和驅(qū)動(dòng)處的差值，兩者差值要小于10%，以防止產(chǎn)生共振對(duì)動(dòng)平衡造成影響。檢查皮帶是否完好，調(diào)整兩個(gè)支承的距離，將轉(zhuǎn)子放好在平衡機(jī)上。找準(zhǔn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向，防止轉(zhuǎn)子的反向旋轉(zhuǎn)。加潤(rùn)滑油，在轉(zhuǎn)子軸端貼好反光標(biāo)簽，固定好光電傳感器。

在控制箱處輸入轉(zhuǎn)子的校正方式，校正面等參數(shù)，選擇合適的平衡轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

我們將轉(zhuǎn)子的四個(gè)葉輪和兩個(gè)平衡盤進(jìn)行編號(hào)，如圖2所示：

圖2 葉輪的編號(hào)

2.3.2 調(diào)平轉(zhuǎn)子

圖3 HM3BU動(dòng)平衡機(jī)

如圖3所示，首先，量取皮帶輪的直徑和轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)直徑，計(jì)算他們的百分比，選擇合適的驅(qū)動(dòng)皮帶輪。然后將轉(zhuǎn)子放在動(dòng)平衡機(jī)上，貼上黑色膠帶，反光標(biāo)，將光電傳感器放置在適宜的高度處，聚光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)反光標(biāo)，開啟壓縮機(jī)，將驅(qū)動(dòng)皮帶拉緊。打開操作箱，啟動(dòng)操作軟件，進(jìn)行調(diào)平操作。分別將二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)轉(zhuǎn)子在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，進(jìn)行平衡。根據(jù)平衡標(biāo)準(zhǔn)得知，在3000r/min的轉(zhuǎn)速下，得許用剩余不平衡質(zhì)量為3.4g·mm/kg。計(jì)算我們的剩余不平衡質(zhì)量為2.43g·mm/kg,達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，我們可以認(rèn)為該轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡[5]。

2.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)將轉(zhuǎn)子放在現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)上，在不同位置改變不平衡質(zhì)量的大小，記錄數(shù)據(jù)。

(2)利用EMT390數(shù)據(jù)采集振動(dòng)儀測(cè)量振動(dòng)值，并記錄數(shù)據(jù)。

(3)將轉(zhuǎn)子從現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)上拆卸下來(lái)，安裝到HM3BU動(dòng)平衡機(jī)上，進(jìn)行動(dòng)平衡校正。記錄配重的質(zhì)量和相位。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

不同位置的不平衡質(zhì)量對(duì)振動(dòng)值的影響，試驗(yàn)得到如下圖4所示：

圖4 葉輪1、2、3、4的振動(dòng)值

Fig.4 Vibration of impeller 1、2、3、4

由圖4的分析我們可以看出，每個(gè)葉輪的各個(gè)相位的振動(dòng)值相差不大，垂直方向的振動(dòng)值也幾乎相同。說(shuō)明將同一質(zhì)量的不平衡質(zhì)量放在不同位置，對(duì)振動(dòng)值測(cè)量的幾乎沒有影響。而且從數(shù)據(jù)我們可看出，水平方向的振動(dòng)較大，垂直方向的振動(dòng)較小。這是因?yàn)榇怪狈较蛴捎谥Ъ芎偷鼗闹С校瑢?dǎo)致支承的剛度很多，將很大一部分振動(dòng)抵消掉。這樣，我們采用水平方向的振動(dòng)值，作為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，進(jìn)行測(cè)量。隨著不平衡質(zhì)量在不同葉輪同一相位的變化，振動(dòng)值也發(fā)生變化。當(dāng)不平衡質(zhì)量靠近左側(cè)葉輪時(shí)，左側(cè)所測(cè)得的振動(dòng)值變大；當(dāng)不平衡質(zhì)量靠近右側(cè)時(shí)，右側(cè)測(cè)得的振動(dòng)值變大。由此，我們可以得知，不平衡質(zhì)量在軸向位置的分布，對(duì)不平衡的振動(dòng)是會(huì)產(chǎn)生影響的[6]。

3 結(jié)論

(1)不平衡的振動(dòng)值，在軸向方向的振動(dòng)值，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比垂直方向的振動(dòng)值明顯，這是因?yàn)榇怪狈较虻闹Ъ芎突A(chǔ)等的支撐剛性過大，將很大一部分振動(dòng)抵消，因此我們?cè)跍y(cè)振動(dòng)值的時(shí)候，只需要測(cè)量水平方向的振動(dòng)值即可[7]；

(2)在不同葉輪的同一相位，不平衡質(zhì)量的影響基本是相同的；

(3)當(dāng)不平衡質(zhì)量靠近左側(cè)軸承時(shí)，左側(cè)的振動(dòng)值較大；當(dāng)不平衡質(zhì)量靠近右側(cè)時(shí)，右側(cè)的不平衡質(zhì)量較大，這說(shuō)明，不平衡質(zhì)量在軸向位置的分布，會(huì)對(duì)振動(dòng)值造成影響；

(4)隨著不平衡質(zhì)量的增加，不平衡的振動(dòng)值也是在逐漸增加的，兩者呈現(xiàn)線性關(guān)系；

(5)隨著不平衡質(zhì)量的增加，配重值也是逐漸增大的，并且兩者呈現(xiàn)線性關(guān)系；

(6)不平衡質(zhì)量在軸向位置的變動(dòng)，對(duì)總的配重結(jié)果幾乎沒有影響。

[1] Goodman T P.A least-squares method for computing balance corrections[J]. Journal of Manufacturing Science & Engineering,1964, 86(3) 273 - 277.

[2] 劉貴杰.轉(zhuǎn)子系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)械工程師，1999(2)：40-41.

[3] 謝志江.轉(zhuǎn)子雙面現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的不卸試重平衡法[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，25(09)：101-103.

[4] 陳敬平，嚴(yán)普強(qiáng).轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的相對(duì)影響系數(shù)法[J].振動(dòng)、測(cè)試與診斷，1994，14(04)：1-6.

[5] 劉正式，陳心昭.轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的相對(duì)系數(shù)法及其在動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀上的實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械強(qiáng)度，1994,16(4)：53-57.

[6] 劉榮強(qiáng)，武新華，夏松波,等.影響系數(shù)余量平衡法及其在初始彎曲轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡中的應(yīng)用[J].汽輪機(jī)技術(shù)，1994,36(4)：200-203.

[7] 付大鵬，林淑杰.M=N≤2轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡最優(yōu)化新算法[J].機(jī)械，1994,21(2)，10-11.

(本文文獻(xiàn)格式：李 程，傅樹霞，呂 明.多級(jí)離心泵現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究[J].山東化工，2016，45(14)：81-82，84.)

2016-05-16

李 程(1987—)，遼寧撫順人，化工過程機(jī)械專業(yè)，碩士研究生，助理工程師。現(xiàn)從事特種設(shè)備檢測(cè)技術(shù)工作。

TH311

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1008-021X(2016)14-0081-02