來(lái)源:我們電廠(chǎng)人
一. 靜平衡
靜平衡在轉子一個(gè)校正面上進(jìn)行校正平衡,校正后的剩余不平衡量,以保證轉子在靜態(tài)時(shí)是在許用不平衡量的規定范圍內,為靜平衡又稱(chēng)單面平衡。
二. 動(dòng)平衡
動(dòng)平衡在轉子兩個(gè)或者兩個(gè)以上校正面上同時(shí)進(jìn)行校正平衡,校正后的剩余不平衡量,以保證轉子在動(dòng)態(tài)時(shí)是在許用不平衡量的規定范圍內,為動(dòng)平衡又稱(chēng)雙面或者多面平衡。
三. 轉子平衡的選擇與確定
如何選擇轉子的平衡方式,是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。其選擇有這樣一個(gè)原則:
只要滿(mǎn)足于轉子平衡后用途需要的前提下,能做靜平衡的,則不要做動(dòng)平衡,能做動(dòng)平衡的,則不要做靜動(dòng)平衡。原因很簡(jiǎn)單,靜平衡要比動(dòng)平衡容易做,省功、省力、省費用。
那么如何進(jìn)行轉子平衡型式的確定呢?需要從以下幾個(gè)因素和依據來(lái)確定:
1. 轉子的幾何形狀、結構尺寸,特別是轉子的直徑D與轉子的兩校正面間的距離尺寸b之比值,以及轉子的支撐間距等。
2. 轉子的工作轉速
關(guān)轉子平衡技術(shù)要求的技術(shù)標準,如GB3215、API610、GB9239和ISO1940等。3. 轉子做靜平衡的條件在GB9239平衡標準中,對剛性轉子做靜平衡的條件定義為:
如果盤(pán)狀轉子的支撐間距足夠大并且旋轉時(shí)盤(pán)狀部位的軸向跳動(dòng)很小,從而可忽略偶不平衡(動(dòng)平衡),這時(shí)可用一個(gè)校正面校正不平衡即單面(靜)平衡,對具體轉子必須驗證這些條件是否滿(mǎn)足。在對大量的某種類(lèi)型的轉子在一個(gè)平面上平衡后,就可求得最大的剩余偶不平衡量,并除以支撐距離。如果在最不利的情況下這個(gè)值不大于許用剩余不平衡量的一半,則采用單面(靜)平衡就足夠了。
從這個(gè)定義中不難看出轉子只做單面(靜)平衡的條件主要有三個(gè)方面:
(1)一個(gè)是轉子幾何形狀為盤(pán)狀;
(2)一個(gè)是轉子在平衡機上做平衡時(shí)的支撐間距要大;
(3)再一個(gè)是轉子旋轉時(shí)其校正面的端面跳動(dòng)要很小。
對以上三個(gè)條件作如下說(shuō)明:
(1)何謂盤(pán)狀轉子主要用轉子的直徑D與轉子的兩校正面間的距離尺寸b之比值來(lái)確定。在A(yíng)PI610標準中規定D/b<6時(shí),轉子只做單面平衡就可以了;D/b≥6時(shí)可以作為轉子是否為盤(pán)狀轉子的條件規定,但不能絕對化,因為轉子做何種平衡還要考慮轉子的工作轉速。
(2)支撐間距要大無(wú)具體的參數規定,但與轉子校正面間距b之比值≥5以上均視為支撐間距足夠大。
(3)轉子的軸向跳動(dòng)主要指轉子旋轉時(shí)校正面的端面跳動(dòng),因為任何轉子做平衡試都是經(jīng)過(guò)精加工的,加工后已保證了轉子的孔與校正面之間的行為公差,端面跳動(dòng)很小。
根據上述轉子做單面(靜)平衡的條件,再結合有關(guān)泵方面的技術(shù)標準(如GB3215和API610),只做靜平衡的轉子條件如下:
(1)對單級泵、兩級泵的轉子,凡工作轉速<1800轉/分時(shí),不論D/b<6或D/b≥6只做靜平衡即可。但是如果要求做動(dòng)平衡時(shí),必須要保證D/b<6,否則只能做靜平衡。
(2)對單級泵、兩級泵的轉子,凡工作轉速≥1800轉/分時(shí),如果D/b≥6只做靜平衡即可。但平衡后的剩余不平衡量要等于或小于許用不平衡量的1/2。如果要求做動(dòng)平衡,要看兩個(gè)校正面的平衡是否能在平衡機上分離開(kāi),如果分離不開(kāi),則只能做靜平衡。
(3)對一些開(kāi)式葉輪等轉子,如果不能實(shí)現兩端支撐,只做靜平衡即可。因為兩端不能支撐,勢必進(jìn)行懸臂,這樣在平衡機上做動(dòng)平衡很危險,只能在平衡架上進(jìn)行單面(靜)平衡。
4. 轉子做動(dòng)平衡的條件在GB9239標準中規定:凡剛性轉子如果不能滿(mǎn)足做靜平衡的盤(pán)狀轉子的條件,則需要進(jìn)行兩個(gè)平面來(lái)平衡,即動(dòng)平衡。
只做靜平衡的轉子條件如下(平衡靜度G0.4級為最高精度,一般情況下泵葉輪的動(dòng)平衡靜度選擇G6.3級或G2.5):
(1)對單級泵、兩級泵的轉子,凡工作轉速≥1800轉/分時(shí),只要D/b<6時(shí),應做動(dòng)平衡。
(2)對多級泵和組合轉子(3級或3級以上),不論工作轉速多少,應做組合轉子的動(dòng)平衡。
四. 動(dòng)平衡試驗
動(dòng)平衡試驗是對轉子進(jìn)行動(dòng)平衡檢測、校正,并達到使用要求的過(guò)程。
當零件作旋轉運動(dòng)的零部件時(shí),例如各種傳動(dòng)軸、主軸、風(fēng)機、水泵葉輪、刀具、電動(dòng)機和汽輪機的轉子等,統稱(chēng)為回轉體。在理想的情況下回轉體旋轉與不旋轉時(shí),對軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的,這樣的回轉體是平衡的回轉體。但工程中的各種回轉體,由于材質(zhì)不均勻或毛坯缺陷、加工及裝配中產(chǎn)生的誤差,甚至設計時(shí)就具有非對稱(chēng)的幾何形狀等多種因素,使得回轉體在旋轉時(shí),其上每個(gè)微小質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消,離心慣性力通過(guò)軸承作用到機械及其基礎上,引起振動(dòng),產(chǎn)生了噪音,加速軸承磨損,縮短了機械壽命,嚴重時(shí)能造成破壞性事故。
為此,必須對轉子進(jìn)行平衡,使其達到允許的平衡精度等級,或使因此產(chǎn)生的機械振動(dòng)幅度降在允許的范圍內。
五.平衡方法
1. 工藝平衡法
工藝平衡法的測試系統所受干擾小,平衡精度高,效率高,特別適于對生產(chǎn)過(guò)程中的旋轉機械零件作單體平衡,目前在動(dòng)平衡領(lǐng)域中發(fā)揮著(zhù)相當重要的作用,汽輪機、航空發(fā)動(dòng)機普遍采用這種平衡方法。但是,工藝平衡法仍存在以下問(wèn)題:
(1)平衡時(shí)的轉速和工作轉速不一致,造成平衡精度下降。例如:有不少轉子屬于二階臨界轉速的擾性轉子,由于平衡機本身轉速有限,這些轉子若采用工藝平衡,則無(wú)法有效的防止轉子在高速下發(fā)生變形而造成的不平衡。
(2)平衡機(特別是高速立式平衡機)價(jià)格昂貴。
(3)在動(dòng)平衡機上平衡好的轉子,裝機后其平衡精度難以保證。因為動(dòng)平衡時(shí)的支承條件不同于轉子在實(shí)際工作條件下的支承條件,且轉子同平衡裝置之間的配合也不同于轉子與其自身轉軸之間的配合條 件,即使出廠(chǎng)前已在動(dòng)平衡機上達到高精度平衡的轉子,經(jīng)過(guò)運輸、再裝配等過(guò)程,平衡精度在使用前難免有所下降,當處于工作轉速下運轉時(shí),仍可能產(chǎn)生不允許的振動(dòng)。
(4)有些轉子,由于受到尺寸和重量上的限制,很難甚至無(wú)法在平衡機上平衡。例如:對于大型發(fā)電機及透平一類(lèi)的特大轉子,由于沒(méi)有相應的特大平衡裝置,往往會(huì )造成無(wú)法平衡;對于大型的高溫汽輪 機轉子,一般易發(fā)生彈性熱翹曲,停機后會(huì )自動(dòng)消失,這類(lèi)轉子需進(jìn)行熱動(dòng)態(tài)平衡,用平衡機顯然是無(wú)法平衡的。
(5) 轉子要拆下來(lái)才能進(jìn)行動(dòng)平衡,停機時(shí)間長(cháng)、平衡速度慢、經(jīng)濟損失大。
2. 整機現場(chǎng)動(dòng)平衡法
為了克服上述工藝平衡法的缺點(diǎn),人們提出了整機現場(chǎng)動(dòng)平衡法。將組裝完畢的旋轉機械在現場(chǎng)安裝狀態(tài)下進(jìn)行的平衡操作稱(chēng)為整體現場(chǎng)平衡。這種方法是以機器作為動(dòng)平衡機座,通過(guò)傳感器測的轉子有關(guān)部位的振動(dòng)信息,進(jìn)行數據處理,以確定在轉子各平衡校正面上的不平衡及其方位,并通過(guò)去重或加重來(lái)消除不平衡量,從而達到高精度平衡的目的。
有于整機現場(chǎng)動(dòng)平衡是直接接在整機上進(jìn)行,不需要動(dòng)平衡機,只需要一套價(jià)格低廉的測試系統,因而較為經(jīng)濟。此外,由于轉子在實(shí)際工況條件下進(jìn)行平衡,不需要再裝配等工序,整機在工作狀態(tài)下就可獲得較高的平衡精度。
作為整機現場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的一個(gè)重要分支,在線(xiàn)動(dòng)平衡技術(shù)也正處于蓬勃發(fā)展之中,很有前途。由于工藝平衡法是起步最早的一種經(jīng)典動(dòng)平衡方法。整機現場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)是為了解決工藝平衡技術(shù)中存在的問(wèn)題而提出的。
六. 平衡精度
精度等級G
g.mm/kg
轉子類(lèi)型舉例
G4000
4000
具有單數個(gè)氣缸的剛性安裝的低速船用柴油機的曲軸驅動(dòng)件
G1600
1600
剛性安裝的大型二沖程發(fā)動(dòng)機的曲軸驅動(dòng)件
G630
630
剛性安裝的船用柴油機的曲軸驅動(dòng)件;剛性安裝的大型四沖程發(fā)動(dòng)機曲軸驅動(dòng)件
G250
250
剛性安裝的高速四缸柴油機的曲軸驅動(dòng)件
G100
100
六缸和多缸柴油機的曲軸驅動(dòng)件。汽車(chē)、貨車(chē)和機車(chē)用的(汽油、柴油)發(fā)動(dòng)機整機。
G40
40
汽車(chē)車(chē)輪、箍輪、車(chē)輪整體;汽車(chē)、貨車(chē)和機車(chē)用的發(fā)動(dòng)機的驅動(dòng)件。
G16
16
粉碎機、農業(yè)機械的零件;汽車(chē)、貨車(chē)和機車(chē)用的(汽油、柴油)發(fā)動(dòng)機個(gè)別零件。
G6.3
6.3
燃氣和蒸氣渦輪、包括海輪(商船)主渦輪剛性渦輪發(fā)動(dòng)機轉子;透平增壓器;機床驅動(dòng)件;特殊要求的中型和大型電機轉子;小電機轉子;渦輪泵。
G2.5
2.5
海輪(商船)主渦輪機的齒輪;離心分離機、泵的葉輪;風(fēng)扇;航空燃氣渦輪機的轉子部件;飛輪;機床的一般零件;普通電機轉子;特殊要求的發(fā)動(dòng)機的個(gè)別零件。
G1
1
磁帶錄音機及電唱機驅動(dòng)件;磨床驅動(dòng)件;特殊要求的小型電樞。
G0.4
0.4
精密磨床的主軸、磨輪及電樞、回轉儀。
考慮到技術(shù)的先進(jìn)性和經(jīng)濟上的合理性,國際標準化組織(ISO)于1940年制定了世界公認的ISO1940平衡等級,它將轉子平衡等級分為11個(gè)級別,每個(gè)級別間以2.5倍為增量,平衡機從要求最高的G0.4到要求最低的G4000。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg),代表不平衡對于轉子軸心的偏心距離。