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转子不平衡的原因与平衡方法
来源:农机使用与维修  作者:佚名  2016-12-26 08:43:21



     摘要:本文分析了转子不平衡的原因、偏心量的类型、常规平衡法和自动平衡法的原理、特点与适用场合;提出了快速、及时地平衡动态变化的偏心量的解决方案。

    不平衡是转子故障和振动的主要原因,振动严重影响到转子的使用寿命和安全运行,甚至引发重大事故,因此需采取合适的平衡方法,实现转子随时在合适的平衡精度下正常运行。
    1 转子不平衡的原因
    转子不平衡的原因包括不合理的结构设计、制造与安装误差、材质和受热不均、零部件磨损、松动、脱落等。转子偏心形成离心惯性力,使轴产生挠曲及形成内应力,导致转子振动,振动频率等于旋转频率,轴心轨迹呈椭圆,工频占优。
    2 转子偏心量的类型
    转子偏心量可以分为因制造或装配误差、材质不均、不对称结构等原因而形成的定向、定量的偏心量;因配合松动、受热不均、轴变形、轴弯曲、旋转的零件破损等而导致的定向、不定量的偏心量;因转子运行过程中旋转的零部件动态磨损、剥落、腐蚀或介质粘附、结垢不均而导致的不定向、不定量的偏心量等3种类型。
     3 转子平衡方法
    转子平衡是通过改变质量分布,达到主惯性轴与旋转轴接近重合的工艺过程。
    3.1常规平衡法
    常规平衡法是通过加试重、试运行、振动测试、试凑附加质量等步骤的多次循环而进行平衡的方法。其技术成熟,应用广泛,平衡效果良好;需多次启停机,停机时间长、危害和损失大,工作量大,效率低,在偏心量变化时需再次平衡,适用于平衡定向、定量的偏心量。
    3.2自动平衡法
    如果转子运行过程中产生定向、不定量或不定向、不定量的动态变化的偏心量,则平衡计划往往赶不上偏心量变化,常规平衡法不再适用,宜运用自动平衡法。自动平衡法是在转子上安装自动平衡装置,在线运行时自动、及时平衡。根据控制方式的不同,其可分为主动式和被动式两类。
    3.2.1主动式自动平衡法
    主动式自动平衡法是通过转子外部的控制,强迫移动、合成或去掉自动平衡装置中的补偿质量,使转子质心与旋转轴心接近重合,达到平衡。其自动平衡装置一般由信号采集器、控制器、执行器等组成。信号采集器获得转子瞬时振动信号的变化,控制器根据这一变化控制执行器自动完成补偿量的移动、合成或去除。根据补偿方式的不同,其可分为加重型、去重型、自动分布型、平衡头型等类型。
    (1)加重型自动平衡法。加重型自动平衡法是利用脉冲磁场的作用,向转子“轻点”表面喷涂快速固化物质或向执行机构内腔喷射液体,达到平衡。其结构简单,控制方便,但加重量小,平衡大型转子较困难。其主要包括喷涂型和喷液型两类。前者受固化物性能和喷射方式限制,对转子周围介质有一定要求;后者是在转子末端安装喷液平衡头,根据感应器测得的振动信号,计算机控制喷枪将液体喷射到平衡头容器中,由于液体需停机方能释放,因此其平衡效率较低,控制较困难。
    (2)去重型自动平衡法。去重型自动平衡法是根据振动信号控制电子光、激光、电腐蚀、电化学、爆破等发生时间、能量大小等使部分转子材料瞬间气化、腐蚀或脱落,实现平衡。其去重量较小,适用于中小型转子。
    (3)自动分布型自动平衡法。自动分布型自动平衡法是在转子运行过程中根据振动信号的变化,动态调整补偿质量的位置,产生大小、方向可控的补偿力矢,进行平衡。补偿质量移动的控制策略、传动方式和动力设计是其关键。
    根据补偿力矢合成方式的不同,其可分为极坐标式、直角坐标式、混合坐标式等3种。极坐标式具有两个可周向移动的补偿质量,直角坐标式具有两个可径向移动的补偿质量,混合坐标式具有一个可周向、径向移动的补偿质量。
    (4)平衡头型自动平衡法。平衡头型自动平衡法是改变安装在轴上的平衡头的质量分布,产生大小、方向可控的平衡力,进行平衡。根据平衡头的数量可分为单平衡头和多平衡头两类,根据执行器类型可分为阻尼型、外置执行器型、内置执行器型等类型。
    主动式自动平衡法具有在任意转速下平衡,平衡精度高等优点。但其去重量小,平衡大型转子较困难,成本较高,性价比较低。
    3.2.2被动式自动平衡法
    被动式自动平衡法是根据弹性支撑的柔性转子在过临界转速下运行时挠曲变形响应滞后于不平衡激振力一钝角的原理,可自由移动的补偿质量在离心力的驱动下向转子挠曲的“低点”移动,从而改变转子内部质量分布,达到平衡。其可分为球式、摆式、液体式、环式等类型。其不需要外部能源、结构简单、造价低廉、安全可靠,但其依靠离心力大小进行平衡,不适用于刚性转子,在亚临界转速度下加大转子不平衡,无全转速平衡能力,平衡精度受转速、平衡装置的结构参数影响较大。
    4 结语
    不平衡是影响转子工作性能的重要原因。针对不同的偏心量类型,需要选择合适的平衡方法。对于动态变化的偏心量的平衡,自动平衡法是最佳的选择。
 

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