變距螺旋槳現場動平衡的基本方法

馬晉川

摘 要： 轉子的動平衡在實踐生活中占有極其重要的位置。高精度高可靠性的動平衡測試儀器配合高效的平衡方法和數據處理方法會顯著提高轉子的平衡精度和效率，帶來巨大的經濟效益。論文從測量原始不平衡振動入手，通過在轉子上加實驗質量的方法，得出校正動平衡需要的質量和位置，給出在現場動平衡中，對于在一個固定轉速下平衡，有時采用單平面平衡也是很有效的，并舉以例子證明。

關鍵詞：不平衡振動 試驗質量 轉子 單面動平衡

中圖分類號：V26 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）05-0243-01

一、變距螺旋槳現場動平衡的過程

1.測量原始不平衡振動

不平衡振動測量必須使用帶濾波功能的，并能夠測量振動幅值和相位的專用振動測量儀器。只能測量通頻振動的測量儀器，不能完成不平衡振動測量。表示不平衡振動的參數不僅有振動幅值，還要有相位。不平衡振動是一個矢量。測量轉子上沒有基準標記就必須停機，在轉子上能夠測量到的位置上，粘貼基準光標記或用其他的方法設置基準標記。然后開機運轉測量原始不平衡振動。

2.在轉子上加試驗質量

試驗質量是在現場動平衡中臨時加在轉子的校正平面上的配重，用來確定不平衡和振動的關系。一般單平面動平衡需要一個試驗質量，試驗質量可以在動平衡前準備好，可以用橡皮泥、各種形狀的鐵塊、螺栓，專用平衡配重塊等作為試驗質量。試驗質量是否合適，不僅關系到現場動平衡工作的順利與否，而且關系動平衡的成敗與否。合適的試驗質量包括質量大小和加重的方位兩個方面。多年實踐經驗表明，加試驗質量關鍵是在安全的前提下，試加試驗質量后不平衡振動響應如何，如果試加質量后不平衡振動變化大，試驗效果就好。當然使不平衡振動變小最好，如果振動變化不大試驗效果就不好。

試驗質量的大小與轉子的質量、加重的半徑以及平衡轉速有關。試驗質量與轉子質量成正比，即轉子質量越大，試驗質量就越大。試驗質量與加重半徑和平衡轉速成反比，即加重半徑大，平衡轉速高，試驗質量就應該小。還有一些其他因素影響試驗質量的大小，如轉子的支承剛度高，則試驗質量要大。試驗公式參考Wp=0.15mS/r（n/3000），式中，Wp是試驗質量（g）；m為轉子質量；r是試加半徑（mm）；S為原始振動幅值（ ）；n為平衡轉速（r/min）。

試驗質量相應的確定對新機器沒有任何經驗可循的情況下，一般可隨機加在校正平面的任意角度相位上。可以根據原始不平衡振動的情況，粗略地確定加重的大概位置。有些一般規律可參考，在逆轉動方向分度的情況下，試驗質量相位一般大于不平衡振動的角度；低速平衡時加重相位與初始振動相位之差一般大于90。這些規律以及上面的參考公式不具有權威性，一定要慎重使用。試驗質量相位與傳感器的安裝位置和所使用的動平衡測試儀器有關。在現場動平衡實踐中，不斷總結各種機器設備在一定條件下，試驗質量所加相位的經驗是非常重要的。

試驗配重的目的是使不平衡振動的幅值和相位發生變化，從而找出不平衡與振幅、相位之間的關系，作為動平衡分析計算的依據。確定試驗質量是否合理，最簡單的方法是實驗運轉，把實驗運轉的振動與原始運轉的振動進行比較，分析振動變化的情況，一般試重產生40%-150%的振動變化為好。

3.實驗運轉

測量加試驗質量后的不平衡振動。在轉子上加一個試驗質量就相當于給轉子試加了一個已知的不平衡激振離心力，這樣，轉子運轉時不平衡振動一定要發生變化。測量這個振動變化量，加上原始不平衡振動和試驗質量這些數據，就可以進行動平衡的計算。實驗運轉的工作狀況與原始運轉的工作狀況一定要保持一致，即機器的負載狀況、轉速以及軸承的溫度等要保持一致。在現場動平衡試驗過程中應盡可能地不進行任何機械安裝的調整，以免改變機器的運行狀況。

4.計算校正質量的大小和位置，把校正質量加到轉子上

通過原始不平衡振動和實驗運轉的振動，可以用作圖法或程序計算出消除不平衡量的配重和校正角度。然后在轉子上加校正平衡配重。

5.檢驗轉子剩余不平衡量

在轉子上加校正平衡配重后，必須通過轉子運轉測量剩余的不平衡振動。如果測量結果與預期的結果相符合并滿足機器運行的要求，現場動平衡工作結束。如果測量結果與預期的結果基本相符合但不滿足機器運行要求，要繼續進行平衡調整直到滿足機器運行要求為止。測量結果與預期的結果相差比較大，就需要查找誤差大的原因，然后再進行動平衡。

二、變距螺旋槳單平面動平衡

單平面動平衡是針對轉子靜不平衡的一種平衡方法。這種平衡是在轉子的一個靠近重心的半徑平面上進行平衡校正，精確地消除轉子的靜不平衡。特別是在現場情況下，對已裝配成整機的轉子進行現場動平衡效果極佳。在現場動平衡中，對于在一個固定轉速下平衡，有時采用單平面平衡也很有效的。

三、單平面動平衡實例

如圖所示是一個離心式鼓風機的簡單結構示意圖。風機葉輪直徑約600mm，質量約90kg。用18.5kW的異步電機驅動，工作轉速為1470r/min。

風機機構和傳感器布置圖（A-測量平面；1-校正平面）

這是一個非常經典型的單平面動平衡例子。因為風機葉輪的寬度相對于葉輪的直徑很小，所以，可以認為是員盤狀轉子。采用單平面平衡就足以減少轉子的不平衡和每個軸承的基頻振動達到允許值。

選擇風機葉輪內測背板作為校正平面1，因為這個平面靠近重心平面。采用焊接方法把平衡配重加到這個平面上。用具有磁力座的振動傳感器直接吸附在電機上靠近風機的一側，作為不平衡振動測量平面A。因為風機葉輪直接裝在電機軸上，所以，可以通過測量電極的振動反映風機葉輪的不平衡。測量方向選擇水平方向，因為垂直方向的支承剛度比水平方向高，所以垂直振動較小。

參考文獻

[1]安勝利，楊黎明編著.轉子現場動平衡技術[M].北京：國防工業出版社，2007.