關(guān)于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動平衡試重選擇的試驗研究

解夢濤，翟亞浩

(中國飛行試驗研究院發(fā)動機所，陜西 西安 710089)

0 引言

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在零部件生產(chǎn)制造及裝配過程中會不可避免地產(chǎn)生偏心質(zhì)量[1-2]，因此多數(shù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)會要求裝配完成后進行動平衡操作以降低整機振動水平，減小支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)載荷，對于高速、重載機械系統(tǒng)一般會在使用階段視情況進行在線動平衡以延長設(shè)備使用壽命[3-4]。而工程中采用的轉(zhuǎn)子動平衡原理多是根據(jù)影響系數(shù)法進行[5-6]，即需要先在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上添加試重，通過與初始構(gòu)型下的不平衡量進行比對以計算出轉(zhuǎn)子影響系數(shù)矩陣，如式(1)所示。再計算出所需的配平方案。

(1)

其中，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的初始不平衡振動為V0，加試重后的不平衡振動為V1，影響系數(shù)矩陣為A，加裝的試重為W1。所有變量均為復(fù)數(shù)，包含幅值與相位信息。

因此，影響系數(shù)矩陣的準確與否直接關(guān)系到動平衡計算精度，而多篇研究文獻表明加裝試重的選取直接關(guān)系到影響系數(shù)矩陣計算的準確度[7-8]。本文通過試驗研究對比分析了試重大小及加裝方位對動平衡計算結(jié)果的影響規(guī)律。

1 轉(zhuǎn)子動平衡試驗

圖1 地面轉(zhuǎn)子試驗臺實物圖

本文開展的轉(zhuǎn)子動平衡試驗在圖1所示的地面轉(zhuǎn)子試驗臺上進行。轉(zhuǎn)子試驗臺由鑄鐵平臺、驅(qū)動電機、葉盤-轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)、軸承支撐-潤滑系統(tǒng)及測試系統(tǒng)五個主要部分組成。

為準確測量轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡量，在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)選取9個轉(zhuǎn)速點(表1)進行轉(zhuǎn)速臺階試驗，測量計算每個轉(zhuǎn)速點處的轉(zhuǎn)子不平衡振動。

表1 轉(zhuǎn)子動平衡試驗轉(zhuǎn)速點設(shè)置

最終，計算獲取的轉(zhuǎn)子不平衡振動如圖2所示(初始構(gòu)型為例)。

圖2 初始構(gòu)型下試驗獲取的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡振動

其中，圖2(a)為試驗轉(zhuǎn)速曲線圖；圖2(b)為每個試驗轉(zhuǎn)速點下提取的不平衡振動計算基準點，即檢測到轉(zhuǎn)速達到一定的穩(wěn)定條件后選擇的不平衡振動計算基準時間點分布圖，表明在每一個轉(zhuǎn)速臺階處均存在多個計算基準點，將會計算出多個不平衡振動幅值及相位數(shù)據(jù)；圖2(c)、(d)分別為計算獲取的轉(zhuǎn)子不平衡振動幅值與相位信息。可知根據(jù)各轉(zhuǎn)速點不同時段數(shù)據(jù)計算的不平衡振動幅值信息均較為穩(wěn)定，不平衡相位信息在1200 rpm以上也較為穩(wěn)定。在低轉(zhuǎn)速區(qū)間不平衡振動幅值接近于零，表示轉(zhuǎn)子系統(tǒng)幾乎不存在初始彎曲，不平衡振動可直接用于動平衡計算。

為分析加裝試重的大小與相位對于轉(zhuǎn)子動平衡結(jié)果的影響，分別在轉(zhuǎn)子風(fēng)扇盤90°、210°、330°三個方向分別加裝6.93 g與12.41 g兩種質(zhì)量的試重后進行不平衡錄取試驗。圖3為配重加裝現(xiàn)場圖。

最終，可根據(jù)各轉(zhuǎn)速點下各不平衡幅值與相位信息繪制出轉(zhuǎn)子不平衡幅頻與相頻曲線，如圖4所示。

圖3 配重加裝現(xiàn)場圖

可獲得初始構(gòu)型與6組試重構(gòu)型下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)幅頻與相頻特性曲線，如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在初始與試重構(gòu)型下的不平衡特性曲線

2 試重對動平衡結(jié)果的影響分析

為分析不同試重加裝方案對轉(zhuǎn)子動平衡精度的影響，分別以初始及試重6.93g∠90°試驗、初始及試重6.93g∠210°試驗、初始及試重6.93g∠330°試驗、初始及試重12.41g∠90°試驗、初始及試重12.41g∠210°試驗、初始及試重12.41g∠330°試驗中2700 rpm試驗點的不平衡振動數(shù)據(jù)為依據(jù)，計算影響系數(shù)矩陣及配平方案，并進行動平衡試驗，分析試重的大小及加裝相位對動平衡結(jié)果的影響。最終，動平衡試驗結(jié)果如表2。

表2 試重大小/相位對動平衡結(jié)果的對比分析

從6組結(jié)果可知，試重大小對動平衡精度的影響較小，而試重方位對動平衡結(jié)果的影響很大，當(dāng)試重加裝方位與轉(zhuǎn)子的初始不平衡相位較接近時，所計算的影響系數(shù)矩陣越準確，動平衡精度較高，反之則動平衡計算精度較低，甚至可能導(dǎo)致動平衡失敗。

3 結(jié)論

針對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動平衡問題，本文為提高動平衡精度，減少動平衡試驗次數(shù)，通過地面試驗臺試驗研究了試重加裝方案選擇對動平衡結(jié)果的影響。最終，通過不同大小及加裝相位的試重進行對比試驗，結(jié)果表明試重大小對動平衡精度的影響較小，而試重相位對動平衡結(jié)果的影響很大，當(dāng)試重加裝方位與轉(zhuǎn)子的初始不平衡相位較接近時，所計算的影響系數(shù)矩陣較為準確，動平衡精度較高，反之可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動平衡失敗。