液力耦合器連接的離心風機現場動平衡方法及原理

張振洋

青島東億熱電廠

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液力耦合器連接的離心風機現場動平衡方法及原理

張振洋

青島東億熱電廠

液力耦合器連接離心風機轉速不穩定，頻率不固定，不能用影響系數法進行現場動平衡測試。三點法是動平衡老方法，結合AUTOCAD精確做圖對液力耦合器連接的離心風機進行動平衡測試，效果理想。

現場動平衡 三點法

大部分熱電廠煙氣采用濕法脫硫，潮濕的酸性環境對鍋爐引風機葉輪腐蝕嚴重，導致葉輪質量不平衡，運行振動超標。液力耦合器連接離心風機轉速不穩定，頻率不固定，不能用影響系數法進行現場動平衡測試。三點法是動平衡老方法，結合AUTOCAD精確做圖對液力耦合器連接的離心風機進行動平衡測試，克服了因作圖產生誤差大的缺點，同時不用拆卸，縮短檢修時間，降低修理費用，減少停機損失，效果理想。

1　現場動平衡操作步驟

（1）查名牌風機葉輪半徑為R，將待平衡的剛性轉子配重槽圓周三等分，等分點用A、B、C來表示。圓心用O來表示，∠AOB、∠BOC、∠COA均為120度 。

（2）運轉風機，達額定轉速，測量軸承座水平方向初始振動位移值R0（單位：um）。

（3）加試重塊，試重質量為P（單位：g）。加于A點，開機達額定轉速，測量振動位移值Ra，取下試重塊；同樣方法分別加試重塊于B點、C點，開機達額定轉速測出測量振動位移值分別為Rb、Rc（單位均為um）。

（4）在CAD中以相同的比例做振動矢量圖。以初始振動位移R0為半徑作圓。在圓上等分三點夾角為120度，編號也為A、B、C，與葉輪上三點相對應，如圖1。

圖1

圖2

圖3

以A點為圓心，以Ra為半徑作圓；以B點為圓心，以Rb為半徑作圓；以C點為圓心，以Rc為半徑作圓；如圖2，圓Ra與圓Rb交于a點，圓Ra與圓Rc交于b點，圓Rb與圓Rc交于c點；連接abc三點，并做△abc的外接圓，圓心為O1，如圖3所示。

連接圓心O和O1，標注OB和O-O1的夾角，用α表示，標注O-O1的尺寸為D。

（5）平衡質量計算和平衡位置確定。平衡質量m=PR0/D，平衡位置在葉輪上從B點向A點移動角度α，即葉輪上B點向A點量圓周L=π2Rα/360。

2　運用原理

上述方法是現場尋找轉子動平衡的一種經驗法，多數人會用，但不知其原理，在此證明其可行性。

葉輪在未加試重的情況下，測得的原始振動位移矢大小為R0，方向未知。由于該矢量的方向未知，分別討論若該矢量位于以下三種情況下的三點法的運用原理：（1）若原始不平衡矢量R0的方向與圖1中OA、OB、OC某一方向重合。（2）若原始不平衡矢量R0的方向與圖1 中線段AB、BC、AC的三條垂直平分線中某一條平分線重合。（3）一般情況，原始不平衡矢量除以上兩種情況以外的方向。由于一般情況更具普遍性，因此主要證明一般情況。

2.1一般情況

在A點添加試重，理想狀態下，若轉子處于理想平衡狀態時，在A點添加質量為為W（g）的試重，若此試重產生的振矢為Rw，則此方向必沿OA方向，但Rw大小無法測量。實際狀態下，若原始不平衡矢量的R0方向如圖4中OC所示，A點添加質量W（g）試重后，可測得轉子此時的合成不平衡量振矢，大小為Ra，矢量方向無法測量，但矢量Rw、R0、Ra必滿足圖4中的平行四邊形OABC，其中矢量OA=Rw，OC= R0，OB=Ra，圖中OB、OC長度已知，OA方向已知。

圖4

圖5

在B點添加試重，去掉A點所加試重W（g），在圖1中圓盤B點添加同樣的試重W（g），則三個振矢R0、Rw、Rb同樣有如圖5所示的平行四邊形OEDC，矢量OC=R0、OE=Rw、OD=Rb。其中OD、OC長度已知，DE方向已知，如圖5所示與OA的夾角為120度。

由于試重W（g）所產生的矢量長度為 OA（該長度未知），原始不平衡質量m（方向未知）所產生的矢量長度為OC（已知），故要求解試重W（g）產生的振矢大小也就轉化成了求OA的長度。

圖6

圖7

利用幾何作圖法確定線段OA的長度。將所有矢量轉化到矢量三角形中，如圖6所示，圖中∠AOE=120度，矢量AB=DE= R0。將矢量三角形ODE逆時針旋轉120度，則有圖7，圖中OA= Rw，BE=ED=R0，OD=Rb，OB=Ra。則圖7中∠BED=120度，矢量AB為原始不平衡量，矢量DE長度等于原始不平衡振矢大小，圖7中矢量三角形BAO與三角形DAO有了公共矢量OA、OE。此變換是為了便于幾何求解。

作圖，以O為圓心以R0為半徑畫圓，將圓三等分，∠AOB=∠BOC=∠COA=120度，由圖7可知分別在轉子A點、B點添加試重后兩個試重產生的不平衡矢量角度為120度，故可令圖8中的矢量OA等于圖7中的矢量AB=R0，圖8中的OB等同于圖7中矢量ED=R0。

圖8

圖9

以A點為圓心，以Ra為半徑畫圓，則圓A的圓周上必存在一點M，使得三角形OAM全等于圖7中的三角形EOB。其中矢量OA=R0，AM=合成振矢Ra，而且使矢量OM=Rw。

再以B點為圓心，以Rb為半徑畫圓，則圓B的圓周上同樣必有一點N，使得三角形OBN全等于圖7中的三角形EDO。由圖7可知矢量OA是兩個三角形的公共邊，具有唯一性，故在圖8、9中一樣具有唯一性，即矢量OM=ON，即M、N是同一個點，也就是說該點在圓A上也在圓B上，即該點為圓A與圓B的交點。由于兩圓的交點一般為兩個，但是試重的矢量長度肯定只有一個數值，要確定哪一個，就需要補畫圓C（以 C 為圓心，以Rc為半徑畫圓）。同理可得該點也必在圓C上。故從理論上講，A、B、C三圓必有一個共同的交點，該交點滿足所有的全等三角形限定條件。但是因為存在測量誤差、作圖誤差，導致這三個圓不能交于一點，這樣就構成了誤差三角形△abc。誤差三角形△abc是三圓交點所構成的所有三角形中面積最小的那個三角形。

2.2特殊情況一

原始不平衡矢量與某個試重加載位（A、B、C任意一點，假設為C點）重合。在這種情況下，試點C因為試重與原始不平衡質量同在一條線上，振矢大于R0，因此所畫圓弧越過O點，畫在OC線段的反方向上，因A點B點的的位置對稱于OC線，且在反方向，所以試重加在這兩點的合成振矢小而且相同，即A圓B圓形成對稱的狀態。如圖 10所示，三圓相交于K點，OK線段即為試重所產生的振矢，OC為原始不平衡質量所產生的振矢R0，平衡質量m=W*OC/OK，單位g。平衡位置在 OC的延長線上，A點B點中間，C點的相對位置。

圖10

圖11

2.3特殊情況二

原始不平衡矢量恰好位于兩個試重加載位（A、B、C任意一點）的中間，即原始不平衡矢量R0的方向圖1中線段AB、AC、BC的三條垂直平分線中某一條平分線重合。假定該矢量位與B、C中間，在這種情況下，C圓與B圓大小相等且對稱于OA線，因為A點恰在原始不平衡質量的相反位置，因此振矢最小，所繪圖形如圖11所示，三圓相交于K點，OK線段即為試重W 所產生的振矢，OC 為原始不平衡質量所產生的振矢R0，平衡質量m=W*OC/OK。平衡位置在OA的延長線上。

3　小結

由于液力耦合器連接離心風機轉速不穩定，頻率不固定，不能用影響系數法進行現場動平衡測試。三點法雖然啟停風機次數較多，但結合AUTO CAD精確做圖克服了因作圖產生誤差大的缺點，對液力耦合器連接離心風機動平衡測試依然是一種較為理想的方法。