一種現(xiàn)場修正燒結(jié)機轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的方法*

袁 博/西安陜鼓動力股份有限公司

溫廣瑞/西安交通大學

一種現(xiàn)場修正燒結(jié)機轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的方法*

袁 博/西安陜鼓動力股份有限公司

溫廣瑞/西安交通大學

0 引言

燒結(jié)風機轉(zhuǎn)子為單葉輪雙支撐結(jié)構，轉(zhuǎn)子葉輪直徑可以做到3～4m，工作轉(zhuǎn)速一般為1 000r/min或1 500r/min。燒結(jié)機機組的振動烈度是以殼體的振動速度為度量標準，轉(zhuǎn)子的動平衡精度等級為G4.0，燒結(jié)機轉(zhuǎn)子在出廠前，需做低速動平衡校正。

某燒結(jié)風機轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場的長期運行過程中，在葉輪的蓋盤處出現(xiàn)了磨損和隱形裂紋。為了保證該轉(zhuǎn)子能夠長期、安全、可靠運行，需在現(xiàn)場對該轉(zhuǎn)子進行修復處理。在具體的修復處理過程中，需要拆掉蓋盤外圓處的原始平衡塊，并在此位置焊接加強圈，當修復完成后，該轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)遭到嚴重的破壞。一般情況下，平衡狀態(tài)遭到嚴重破壞的燒結(jié)風機轉(zhuǎn)子需返廠或在附近的低速平衡機進行動平衡校正，為了保證檢修后能夠進行現(xiàn)場動平衡校正，現(xiàn)場實施了轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的修正方法。

1 動平衡原理

凡是只能在轉(zhuǎn)動狀態(tài)下才能測定轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量所在方位，以及確定平衡重量應加的位置和大小，這種方法稱為動平衡。動平衡不但能消除動不平衡的力偶，而且還能消除靜不平衡的離心力，所以，它可以適用于找各種轉(zhuǎn)子的平衡。如離心壓縮機的轉(zhuǎn)子、大型電動機的轉(zhuǎn)子等。

慣性力矢量和為零，同時慣性力產(chǎn)生的力矩矢量和也為零，即：式中，F(xiàn)為轉(zhuǎn)子慣性力；Fb為所加的平衡慣性力；為轉(zhuǎn)子本身的慣性力矢量和；M為轉(zhuǎn)子慣性力產(chǎn)生的力矩；Mb為所加平衡力產(chǎn)生的力矩；為轉(zhuǎn)子本身的慣性力產(chǎn)生的力矩矢量和。

轉(zhuǎn)子動平衡條件為：

動平衡測量時要求轉(zhuǎn)子能在支承系統(tǒng)上被驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，支承系統(tǒng)必須有必要的自由度，以保證支承系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子離心力的作用下產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子不平衡量成正比的有規(guī)律振動。這樣，轉(zhuǎn)子與支承系統(tǒng)就組成了一定形式的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，通過測量支承的振動而獲得轉(zhuǎn)子校正平面上的不平衡量大小和相位，進而實施校正（去重或加重），這就是動平衡的基本原理[1]。

2 方法介紹

燒結(jié)風機轉(zhuǎn)子屬于剛性轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子出廠前，會對轉(zhuǎn)子進行低速動平衡校正，較正面一般選擇兩端蓋盤并靠近葉輪外圓的位置。雙面低速動平衡校正技術，平衡效果非常明顯。轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場實際運行工程中，相比單面低速動平衡校正，雙面低速動平衡校正后的轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場的實際運行中，更加穩(wěn)定。另外，雙面動平衡校正的平衡塊，一側(cè)蓋盤布置一塊平衡塊。

轉(zhuǎn)子動平衡狀態(tài)的修正預處理，具體措施是在轉(zhuǎn)子兩個校正面上同時進行結(jié)構平衡校正，控制校正后的轉(zhuǎn)子殘余不平衡量，以保證轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)狀態(tài)的殘余動不平衡量是在許用范圍內(nèi)，該動平衡方法屬于一種修正的雙面平衡。

該套燒結(jié)風機組（圖1）是由燒結(jié)風機、膜片聯(lián)軸器及電機組成，轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)速為1 500r/min，屬于剛性轉(zhuǎn)子。為了不破壞轉(zhuǎn)子原始的平衡狀態(tài)，修正后所加平衡塊所產(chǎn)生的慣性力必須與原始平衡塊所產(chǎn)生的慣性力相同，并且所加的位置不變，即：保持相同。

雙面平衡修正的計算公式如下：

式中：Pa，Pb為A，B兩面蓋盤的加重重量，g；W為被平衡轉(zhuǎn)子的重量，kg；RA，RB為A，B兩面蓋盤的加重半徑，mm；為A，B兩面蓋盤的加重質(zhì)量的變化量，可為正數(shù)、負數(shù)或零，g；為轉(zhuǎn)子質(zhì)量W的變化量，可為正數(shù)、負數(shù)或零，kg。

3 現(xiàn)場應用

3.1準備

3.1.1 查閱圖紙，確定相關參數(shù)

轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速n=1 500r/min

葉輪直徑D=2 910mm

轉(zhuǎn)子重量W=7 585kg

動平衡精度等級G=4.0

3.1.2 現(xiàn)場測量相關數(shù)據(jù)

現(xiàn)場測量葉輪蓋盤A，B兩面初始平衡塊的焊接半徑RA，RB，現(xiàn)場稱重葉輪蓋盤A，B兩面平衡塊的重量Pa，Pb，現(xiàn)場測量修正后葉輪蓋盤A，B兩面的加重半徑變化量，結(jié)合實際焊接焊條的數(shù)量計算出轉(zhuǎn)子重量的變化量。各相關參數(shù)的數(shù)據(jù)如下：

蓋盤A面加重半徑RA=1 305mm

蓋盤B面加重半徑RB=1 355mm

蓋盤A面加重重量Pa=4 832g

蓋盤B面加重重量Pb=2 285g

3.2計算

修正后的葉輪蓋盤A，B兩面平衡塊要焊接到兩側(cè)蓋盤上所需焊條分別為9根和6根，那么所需焊條重量分別為c=9×20=180g，d=6×20=120g，實際修正后所加的平衡塊重量和分別為：

修復完成后，在葉輪蓋盤A，B兩面分別焊接修正后的平衡塊，要求如下：

1）由于軸承箱的殼體振動速度與擾動力的角度差(滯后或超前角)不變，因此修正后的平衡塊加重角度與初始平衡塊的加重角度保持一致。

2）平衡塊的形狀與初始平衡塊的形狀保持一致，均為等腰梯形。

3）測量出修正后平衡塊的加重半徑，并準確判斷出平衡塊的重心。

4）準確估算出初始平衡塊的重量，估算過程中，需考慮焊接平衡塊所需焊條的重量。

3.3操作

現(xiàn)場修正燒結(jié)機轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的方法，可最大程度的恢復燒結(jié)機轉(zhuǎn)子檢修前初始平衡狀態(tài)，避免因平衡狀態(tài)遭到較大破壞而無法開機進行現(xiàn)場動平衡校正。

在葉輪蓋盤A，B兩面焊接修正后的平衡塊，根據(jù)修正后轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的實際振動速度，進行現(xiàn)場動平衡校正。表1為修正后和現(xiàn)場動平衡校正后的振動采集儀及DCS顯示的各測點的振動速度。圖2是現(xiàn)場動平衡校正后，燒結(jié)機正式投產(chǎn)運行50小時后的振動數(shù)據(jù)（軸承箱垂直方向振動速度）。

表1 動平衡校正前后數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)論

1）現(xiàn)場修正燒結(jié)風機轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的方法，最大程度恢復燒結(jié)風機轉(zhuǎn)子檢修前原始平衡狀態(tài)，避免了因平衡狀態(tài)遭到較大破壞而無法開機進行現(xiàn)場動平衡校正的問題。

2）在現(xiàn)場的具體實施過程中，操作人員需準確的計算出平衡塊的重量，估算出焊條重量，判斷加重半徑和角度，盡量減小累積誤差對平衡修正效果的影響。

3）平衡狀態(tài)遭到嚴重破壞的燒結(jié)風機轉(zhuǎn)子，需打開機殼，吊出轉(zhuǎn)子，并且返廠或在附近的低速平衡機進行動平衡校正，校正完后，在現(xiàn)場進行安裝等。該方法的應用，極大的縮短了檢修周期，降低了檢修成本。并且可保障機組正常穩(wěn)定運行，為客戶挽回因檢修周期延長而停產(chǎn)所造成的經(jīng)濟損失。

4）該方法是動平衡原理在現(xiàn)場應用上的延伸，并且完全滿足了轉(zhuǎn)子動平衡的條件，因此該方法不僅適用于剛性轉(zhuǎn)子，也可適用于柔性轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場動平衡狀態(tài)的修正。

[1]楊建剛.旋轉(zhuǎn)機械振動分析與工程應用[M].北京:中國電力出版社，2007.

：為避免燒結(jié)機轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場修復過程中平衡狀態(tài)破壞導致機組振動異常，本文提出一種現(xiàn)場修正燒結(jié)機轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的方法。該方法綜合考慮轉(zhuǎn)子在整體結(jié)構、阻尼、支撐剛度、角速度等不變的條件下，軸承箱的殼體振動速度與擾動力的角度不變的特性，運用剛性轉(zhuǎn)子重量、加重半徑、加重重量的關系，采用現(xiàn)場動平衡質(zhì)量校正技術，保障機組可正常穩(wěn)定運行。

燒結(jié)風機；轉(zhuǎn)子；質(zhì)量校正；不平衡狀態(tài)

A Method for Correcting the Rotor Ba lance on Site in a Sintered Exhauster

Yuan Bo/Xi'an Shaangu PowerCo.,Ltd
Wen Guang-rui/Xi'an Jiaotong University

sintered exhauster;rotor;mass correction;unbalance

TH432.1；TK05

A

1006-8155（2016）06-0085-03

10.16492/j.fjjs.2016.06.0171

*資助項目：西安市科技計劃項目（CXY1402）

Abstract:To avoid a vibration fault caused by an unbalanced rotor inasintered exhauster,this paper presents a method to correct the rotor balance.Themethod dealswith the unbalance faultby calculating the relation equation of the rigid rotor weight,the weighting block radius and weighting block weight,which are under the conditions of structure,damp,support stiffness,and angular velocity of the rotor.The vibration velocity of the bearing box volute and the forcingangleiskeptconstant.