制冷機冷卻風扇轉(zhuǎn)子動平衡技術(shù)的研究

張洪彬

(哈爾濱商業(yè)大學)

制冷機冷卻風扇轉(zhuǎn)子動平衡技術(shù)的研究

張洪彬

(哈爾濱商業(yè)大學)

基于現(xiàn)場動平衡技術(shù)，通過對制冷機冷卻風扇轉(zhuǎn)子動平衡性能的分析，推導出制冷機現(xiàn)場動平衡過程中的單位質(zhì)量影響系數(shù)，便可方便地推算出風扇轉(zhuǎn)子的實際配重，從而簡便有效的實現(xiàn)現(xiàn)場配重工作。

制冷機;冷卻風扇轉(zhuǎn)子;現(xiàn)場動平衡

0 前言

制冷機冷卻風扇轉(zhuǎn)子在工作過程中，會經(jīng)常出現(xiàn)不平衡的狀況，是制冷機的常見故障之一，風扇轉(zhuǎn)子的不平衡要引起使用者高度重視，因為它將引起風扇及強烈的振動，但是風扇如果出現(xiàn)不平衡，要是將其解體分析，會很麻煩，因此是否可以在不解體的情況下，實現(xiàn)風扇的現(xiàn)場平衡技術(shù)是我們探索的方法之一?；谶@種思路，現(xiàn)力求給出一種制冷機冷卻風扇轉(zhuǎn)子在不解體的前提下進行現(xiàn)場平衡。

1 建立制冷機冷卻用風扇轉(zhuǎn)子振動的數(shù)學模型

如圖1所示為一制冷機冷卻風扇簡化的單自由度振動系統(tǒng)圖。設(shè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n(rpm)，則有ω=2πn/60，那么有相應的關(guān)系式

式中:M為風扇的總質(zhì)量，kg;c為轉(zhuǎn)子的阻尼系數(shù);k為轉(zhuǎn)子的彈性系數(shù);m為轉(zhuǎn)子的偏心質(zhì)量，kg;e為轉(zhuǎn)子的偏心距，mm;ω為轉(zhuǎn)子的工作頻率，Hz;x(t)為風扇振動的幅值響應，mm。

圖1 內(nèi)燃機冷卻風扇動力學模型

解此方程，得

式中:θ為相位差，且

設(shè)系統(tǒng)的固有角頻率為 ω0，且令 λ =ω/ω0，ζ=ω20/(2M)則

討論:(1)對于幅頻特性:

當 λ ＜ ＜1(λ→0)時，xA→0;

當λ＞＞1時，且ξ很小，xA=me/M=const;

當 λ→1時，xA=me/(2Mξ)，因為 ξ很小，所以 xA出現(xiàn)峰值。

(2)對于相頻特性。

當λ→1時，無論ξ多大，θ=π/2;

當 ξ→0，λ 由1-→1時，θ=0;

λ由1+→1時，θ=π/2。

(3)轉(zhuǎn)子不平衡的振動過程。

當轉(zhuǎn)子剛啟動時，轉(zhuǎn)子的振動響應為零，隨著轉(zhuǎn)速的提高，振幅隨之加大，xA↑;

當 n=ω0/(2π)時，xA→me/(2ξ);

當 n＞ ＞ ω0/(2π)時，xA=me/M。

2 不解體情況下制冷機冷卻風扇轉(zhuǎn)子現(xiàn)場的動平衡

所謂不解體就是在在不拆卸轉(zhuǎn)子的情況下，在現(xiàn)場安裝各種測試傳感器，對風扇轉(zhuǎn)子機械系統(tǒng)自身消除me的過程，在現(xiàn)場可直接觀測其平衡效果。如圖2所示為轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡實驗裝置，其實施現(xiàn)場平衡過程如下。

圖2 現(xiàn)場動平衡實驗裝置

圖3 振動量矢量圖

第一步:啟動制冷機，使欲平衡的轉(zhuǎn)子保持穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速n，由振動傳感器測得在軸承處的原始振動量為A0，則

式中:a0為偏心質(zhì)量;∠α0為偏心質(zhì)量所對應的相位。

然后降速停機。

第二步:在停機后，在轉(zhuǎn)子上加上一已知試重UT，則

式中:UT為已知試重質(zhì)量;∠uT為已知配重質(zhì)量所對應的相位。

第三步:再次開機，使轉(zhuǎn)子再次達到其工作轉(zhuǎn)速n，測得軸承處的振動量為

由于振動量呈現(xiàn)線性特性，根據(jù)線性系統(tǒng)理論可知，如圖3所示A0是由轉(zhuǎn)子原始不平衡量U0引起的，而A1是由U0+UT引起的。故由圖3可知

設(shè):單位質(zhì)量的影響系數(shù)為α，則

影響系數(shù)的物理意義為檢測過程中，在轉(zhuǎn)子的圓盤上加裝單位質(zhì)量試重，從而引起轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在檢測處振動位移的變化量，為矢量計算。

試重消除后，則有

假設(shè)不消除其試重，則實際配重為

下面用一具體實例進行說明:某工業(yè)用制冷機的風扇以1 459.5 rpm逆時針轉(zhuǎn)動，基于不解體檢測技術(shù)，使用測振儀測得原始不平衡量產(chǎn)生的振幅和相位為:A0=5g/∠-40°。加試重后測得UT=2g/∠-30°，第二次啟動后測得數(shù)據(jù)為A1=9g/∠ -140°。則

那么將實際試重消除后，有

在不消除試重時，有

3 結(jié)論

本文對制冷機在不解體的情況下，通過對冷卻風扇轉(zhuǎn)子不平衡的測試分析，推導出一套制冷機的現(xiàn)場平衡技術(shù)，由分析得知制冷機冷卻風扇轉(zhuǎn)子為單自由度振動系統(tǒng)，這樣，使轉(zhuǎn)子的單位質(zhì)量的影響系數(shù)很容易測得，也就可以方便地計算出風扇轉(zhuǎn)子的實際配重，因此這種方法是在不解體的情況下，在現(xiàn)場較為容易實施的一種平衡方法。

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U467

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1008-3383(2012)01-0090-02

2011-10-18

張洪彬(1985-)，男，研究方向:熱能與動力工程。