應用逐件低速動平衡方法解決某離心壓縮機試車振動解析

趙曉京 孫永明 張敏 劉大為/西安陜鼓動力股份有限公司

徐建鋒/浙江上風高科專風實業(yè)有限公司

應用逐件低速動平衡方法解決某離心壓縮機試車振動解析

趙曉京 孫永明 張敏 劉大為/西安陜鼓動力股份有限公司

徐建鋒/浙江上風高科專風實業(yè)有限公司

0 引言

我公司生產(chǎn)制造的某離心壓縮機，在廠內(nèi)機械運轉試車時軸承箱振動速度最大達12mm/s，大大超出了許用值4mm/ s的技術要求。為了排查故障原因，分別采用橢圓瓦和可傾瓦、復查軸承安裝、找正等措施后分別試車；接著又對轉子進行了高速動平衡校正,雖然振動有所減小但仍然超標，問題未能解決。根據(jù)現(xiàn)場情況初步排除了找正、機組和軸承安裝、軸承油膜振蕩等原因對機組振動的可能性，引起機組振動的根源是其他原因引起的。

1 機組設計參數(shù)及機組結構介紹

該離心壓縮機結構見圖1。壓縮機采用單懸臂支承結構，定子與齒輪箱組合為一體，電機與齒輪箱之間采用疊片撓性聯(lián)軸器。轉子由小齒輪輪軸、葉輪、流線頭、防松墊片等組成，葉輪熱裝在變速器小齒輪軸上，見圖2。機組軸功率150kW，介質為空氣，額定轉速10 450r/ min，轉子重量111kg，軸承箱振動速度允許值≤4mm/s。

圖1 離心壓縮機結構

圖2 離心壓縮機轉子結構

2 離心壓縮機試車振動原因分析

離心壓縮機前期進行了20余次試車，分別采用橢圓瓦和可傾瓦、復查軸承安裝、找正等措施后分別試車，振動仍然超標。接著又多次實施了現(xiàn)場動平衡，去重后試車，振幅值達130μm。又對轉子進行了高速動平衡校正，也未能解決振動問題。根據(jù)現(xiàn)場情況我們初步排除了找正、機組和軸承安裝、軸承油膜振蕩等原因機組振動的可能性，說明機組試車振動有著更深層次復雜原因，于是對轉子進行全面的檢查和分析。

在對轉子打表檢查中發(fā)現(xiàn)轉子葉輪端面跳動值達0.35mm，在進行轉子低速動平衡時發(fā)現(xiàn)存在力偶型動不平衡，進行一次平衡后仍然還存在4 200g·mm的力偶不平衡量，相當于前后盤有20g不平衡量。葉輪及轉子是嚴格按照工藝進行低速動平衡校正的，仍存在較大的力偶不平衡量。通過對葉輪轉子的平衡全工藝過程進行分析，一方面葉輪的動平衡是在超速工裝上進行葉輪的動平衡校正和超速試驗的，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)超速工裝本身的不平衡量誤差很大，在超速軸上進行葉輪平衡時，葉輪平衡校正就成了假象；另一方面葉輪平衡和超速后組裝成轉子再進行低速動平衡，平衡校正面一個選擇在葉輪上，一個選擇在高速軸上，通過常規(guī)的低速平衡、現(xiàn)場平衡等措施都不可能真正消除轉子的力偶不平衡量，即使在高速平衡機上，由于校正面數(shù)量的限制，有些情況下，具有較大不平衡力偶的葉輪也很難被識別出來，即使勉強完成，也會造成某種類型的假象平衡。這樣會使葉輪本身和其它部件自身的不平衡量沒能真正消除，表面上看轉子在低速平衡（剛性狀態(tài)下）時是平衡的，而在高速運轉時（轉子呈柔性狀態(tài)下）卻是不平衡的。

3 逐件低速動平衡技術在某系列風機制造過程的應用

前面已經(jīng)分析各單件存在不平衡，低速動平衡時葉輪和小齒輪軸已經(jīng)組裝成轉子，平衡校正面一端在葉輪上，一端在高速軸上，這樣做平衡后轉子整體的不平衡量消除了，但葉輪本身和其它部件自身的不平衡量依然存在。低轉速條件下，轉子是平衡的，而該離心壓縮機的轉速為10 450r/min，高轉速時各部件自身的不平衡量就會暴露出來。因此提出了逐件低速動平衡的解決方法，所謂逐件低速動平衡就是對每一部件進行單獨平衡，然后組裝轉子，安裝一個部件進行一次平衡，減小最后平衡的累計誤差。

3.1 整改方案

1）拆卸小齒輪軸和葉輪，對葉輪內(nèi)孔、端面、內(nèi)外圓的同心度進行檢查，確保葉輪形位公差在設計許可范圍內(nèi)。

2）制作葉輪動平衡專用工裝軸對葉輪單獨進行低速動平衡，平衡校正面設置在靠近口圈的端面和軸盤端面,平衡精度等級G1.0。

3）對齒輪軸單獨進行低速動平衡，確保殘余不平衡量在許可范圍內(nèi)。

4）安裝配重套后對齒輪軸進行低速動平衡。

5）安裝葉輪后對轉子進行低速動平衡，蓋盤去重應盡量靠近口圈和口圈內(nèi)表面，這樣容易分離力偶。

6）裝流線頭后轉子再低速動平衡。首先檢查葉輪口圈和軸盤力偶不平衡量，才可以裝流線頭再平衡，此時只能在流線頭上去重以消除流線頭本身不平衡誤差。

3.2 整改結果

逐件低速動平衡方法要求葉輪單獨動平衡，并從齒輪軸開始，每裝一個主要零部件，就進行一次低速動平衡，并且每次只能在新裝零件上去重、校驗。用低速動平衡實行動平衡校正后轉子真正達到內(nèi)在平衡狀態(tài)，該離心壓縮機一次試車成功，軸承箱振動速度為1.0～1.5mm/s。

4 結論

4.1 葉輪使用超速工裝進行低速平衡，整機轉子進行一次兩個面的動平衡校正的方法，通過常規(guī)的低速平衡、現(xiàn)場平衡等措施都不可能真正消除轉子的力偶不平衡量，即使在高速平衡機上，由于校正面數(shù)量的限制，有些情況下，具有較大不平衡力偶的葉輪也很難被識別出來，即使勉強完成，也會造成某種類型的假象平衡。

4.2 通過逐件低速動平衡方法保證轉子每個主要部件上的不平衡量都得到很好的消除，提高轉子的內(nèi)在平衡品質，這也是符合“JBT4113整體齒輪增速組裝型離心壓縮機”的制造要求。

4.3 在解決試車故障的過程中提出的建議：

1）將葉輪內(nèi)孔長徑比統(tǒng)一到0.85以上。葉輪內(nèi)孔長徑比小，熱裝后葉輪容易偏擺，產(chǎn)生較大力偶不平衡量。增大葉輪內(nèi)孔長徑比，便于葉輪的熱裝定位，減少由于熱裝產(chǎn)生的力偶不平衡對轉子高速運轉平穩(wěn)性的影響。

2）單葉輪、單懸臂轉子在結構設計上應考慮增加配重套，通過配重套可以降低轉子低速平衡校正的難度和次數(shù)。

3）葉輪應該在專用平衡工裝上進行低速動平衡試驗，葉輪在進行低速動平衡之前，需要對工裝進行動平衡檢驗，葉輪動平衡時，兩個補償面必須都在葉輪上。

4）齒輪軸、配重套、葉輪、流線頭應進行逐件動平衡，平衡應在每個主要部件裝上后進行，平衡校正只能在剛裝上的那個零件上進行。

[1]安勝利，楊黎明.轉子現(xiàn)場動平衡技術[M].國防工業(yè)出版社，2007.4.

[2]周仁睦著.轉子動平衡原理、方法和標準[M].北京：化學工業(yè)出版社，1992.3

[3]黃志堅.機械設備振動故障檢測與診斷[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.6

[4]劉偉，姜梅.離心式壓縮機轉子低速動平衡法[J].機械研究與應用，2007(10)47-50.

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本文主要對某離心壓縮機在廠內(nèi)試車過程中振動超標的問題進行深入分析，指出了目前采用的葉輪低速平衡校正方法，不能使葉輪本身和其它部件自身的不平衡量真正消除。應用整機轉子進行一次兩個面的動平衡工藝方法，轉子在低速平衡（剛性狀態(tài)下）時是平衡的，但在高速運轉下轉子仍然存在較大的不平衡量。因此，提出逐件低速動平衡方法，解決了該離心壓縮機試車振動故障。

離心壓縮機；低速動平衡；逐件動平衡

Applysequentialunitandmultiple plane low speed dynamic balancing method to solve the vibration of a centrifugal compressor

Zhao Xiao jing,SunYong ming,Zhang Min, Liu Da wei/Xi’an ShaanGu Power Co.,LTD Xu Jianfeng/Zhejiang Shangfeng Special Blower Industrial Co.,LTD

centrifugal compressor,low speed balancing,sequential unit dynamic balancing method

TH452；TK05

A

1006-8155（2015）06-0086-03

10.16492/j.fjjs.2015.06.0143

2015-05-19陜西西安710611

Abstract:Thispaperfocusesonthe exceedingvibrationofacentrifugal compressor during the test plant,points out that the low speed balancing method of impellercannotmaketheunbalance impeller itself and other parts of its own real elimination.Using once balancing with two plane method,the rotor in the low speed(rigid state)is balanced,but in high speed operation still exist a large amount of unbalance.Therefore,the sequential unit and multiple plane low speed dynamic balancing method is advanced,and this methodsolvesthevibrationofthe centrifugal compressor.