LW250型離心機現場動平衡方法

張忠信，王建軍

（蘭州石化設備維修公司，甘肅蘭州 730060）

LW250型離心機現場動平衡方法

張忠信，王建軍

（蘭州石化設備維修公司，甘肅蘭州 730060）

用常規方法對離心機的差速雙轉子系統進行現場動平衡校核時，最少需要啟停機6次，效率不高。通過對雙轉子系統的運動分析及波形分解，知道內外轉子的振動分量僅與各自轉子不平衡量有關，因此雙轉子系統的動平衡問題便轉化成2個單轉子來處理，如此可實現常規方法3次啟停機完成離心機動現場平衡校核。

離心機；動平衡；雙自由度；影響系數法

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.21

0 概述

離心機為雙轉子系統，它由一定速差的2個轉子組成。內轉子通過滾動軸承安裝在外轉子內壁，外轉子通過滾動軸承安裝于軸承座上。因其內、外轉子的回轉軸線重合，機器轉動時，內外轉子不平衡振動相互影響，給現場動平衡的數據分析帶來一定干擾。

1 離心機轉子的運動分析

離心機轉子系統的簡化力學模型見圖1，為了便于分析對模型作5個假設。

（1）離心機轉子系統裝配精度完好，支承強度足夠。

（2）僅對轉子系統在垂直平面內的受力和振動情況進行分析。

（3）內、外轉子在垂直平面內運動可看成各自質心C1和C2的平動x1和x2及繞過質心水平軸（垂直紙面）的轉動θ1和 θ2。

（4）m1，m2分別為內、外轉子的質量；J1，J2分別為內、外轉子繞過質心水平軸的轉動慣量；k1，k2分別為內、外轉子相應軸承的剛度系數且同一轉子兩支承軸承的剛度相等。

（5）假定內、外轉子各自不平衡量引起的離心慣性力F1，F2，且F1，F2所在的截面同C1和C2所在截面的距離分別為Ll和L2；由此可得不平衡量引起的繞質心慣性力矩為：M1=F1L1，M2=F2L2。

圖1 離心機轉子簡化力學模型

在以上假設基礎上，圖2所示的簡化力學模型軸承支承部分可視為雙自由度系統。

離心機內轉子運動微分方程見式（1）式（2）。

圖2 雙自由度系統系統

外轉子運動微分方程見式（3）式（4）。

由式（1）～（4），可得式（5）～（8）。

由式（5）～（8）可以看出，x1，x2，θ1和 θ2是不平衡力和力偶的線性組合，其中，a1，a2，b1，b2，c1，c2，d1和 d2是常數，與轉子系統結構有關。故而離心機左右兩端軸承處的振動值可表示式（9）和式（10）。

對離心慣性力F1，F2和慣性力矩M1，M2進行分解，可將F和M分解成左右軸承處不平衡力和左右軸承處不平衡力矩，見式（11）所示：

將式（11）代入式（9），（10）可得式（12）和式（13）。

由式（12）和式（13）可知：①xz，xy是 2 個簡諧振動的合成，對于離心機整機來講，其軸承座上的振動是由內轉子不平衡量激勵產生的的振動與外轉子不平衡量激勵產生的振動的疊加。因此整機動平衡時，可用測振傳感器采集軸承座上的振動信號，然后通過適當的處理，分別提取出內、外轉子的振動信號。②內、外轉子的各自振動量只與各自的不平衡量有關，整機做現場動平衡校核時，可以將雙轉子系統的動平衡問題轉化成2個單轉子來處理。這說明內、外轉子可以分別平衡，不會相互影響。當采用影響系數法對系統進行平衡時，只需要考慮內、外轉子各自影響系數就能解決問題。

2 振動波形分解

通過上面的分析可以知道，離心機雙轉子系統的不平衡振動信號是2個頻率相差很小的簡諧振動疊加而成的，可表示式（14）或式（15）。

式中，A1，A2，ω1，ω2，φ1和 φ2為內轉子、外轉子不平衡振幅、頻率和相位，Δφ為角度常數。從式（15）可以看出，①當（ω1-ω2）t+（φ1-φ2）=2kπ，k=0，1，2，…，n 時，離心機合成振動的 2 個簡諧振動分量同相疊加，形成波峰，振動值達到最大值，即Amax=A1+A2。②當（ω1-ω2）t+（φ1-φ2）=2（k+1）π，k=-0，1，2，…，n 時，離心機合成振動的2個簡諧振動分量反相疊加，形成波谷，振動值達到最小值，即Amin=A1-A2。

此時如果要對離心機進行整機現場動平衡，首先必須從振動信號中分離出內、外轉子各自的不平衡振動分量。振動信號分離原理如式（16）所示。

通過測量離心機瞬時振動值，根據式（16），把內外轉子的2個振動幅值求出來。相位的測量須在內、外轉子表面貼相位基準標記，通過測量基準信號與振動波峰之間的相位差，即可確定各自的相位。

3 離心機現場動平衡步驟

離心機現場動平衡方法采用影響系數法，圖3為離心機整機動平衡測試示意圖。

圖3 離心機現場動平衡雙校正面測試簡圖

（3）由前述理論分析可知，內、外轉子振動相互影響不大，故因此可求出關于外轉子的2個平面加重影響系數，見式（17）。

（4）取下 PIw，在上加試重 PⅡw，在處測得振動值為A2，B2。

（5）通過上述分析，可以得到離心機外轉子不平衡量的影響系數見（19）。

（6）同樣，分別對離心機內轉子2個側面加試重，算出內轉子的不平衡量影響系數見式（20）。

解該方程組可以求得內、外轉子2個平衡面上的加重大小和角度。

4 結論

（1）離心機內、外轉子不平衡振動之間的相互影響很小，可采用影響系數法校核離心機的動平衡。

（2）離心機動平衡校核方式分為整機動平衡校核和轉鼓螺旋單獨校核。整機動平衡校核時，需用儀器或軟件對振動信號分離，可實現3次啟停機完成離心機動平衡校核。由于受到軟硬件限制，無法分離振動信號，則需單獨對離心機轉鼓和螺旋做動平衡校核。整個校核過程至少6次啟停機，效率低于整機動平衡校核方式。

TH113

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〔編輯 凌 瑞〕