螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子動平衡工藝介紹

王 東 錢金寶 高世剛

（煙臺冰輪集團，煙臺 264002)

人們通常將一個沒有考慮加工能力與制造誤差的設(shè)計認為是無經(jīng)驗的設(shè)計，平衡性通常在設(shè)計中被忽略，但作為一個優(yōu)良的有經(jīng)驗的設(shè)計，產(chǎn)品的平衡性在設(shè)計之初就應(yīng)被考慮進去。如今，幾乎所有的快速旋轉(zhuǎn)類零部件都需要進行平衡校正，而零件良好的平衡性有助于提高產(chǎn)品的使用性能和壽命。

ISO1925對動平衡做出定義為：檢驗并在必要時調(diào)整質(zhì)量分布，以保證在相應(yīng)工作轉(zhuǎn)速的頻率下，剩余不平衡量或者軸頸振動和作用于軸承的力在規(guī)定范圍之內(nèi)的工藝過程。從上述定義中，可以總結(jié)出動平衡的兩個主要過程，檢驗與調(diào)整，即檢驗零件的動平衡情況是否符合要求的平衡等級，若不符合，則對零件進行動平衡數(shù)值進行調(diào)整校正使其符合要求的平衡等級。

近年來，螺桿壓縮機依靠其結(jié)構(gòu)簡單、零部件及易損件少、可靠性高、操作維護方便、適應(yīng)性強等優(yōu)點在各行業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛，而壓縮機在振動、噪音方面的劣勢也限制了其在更多行業(yè)中的應(yīng)用。轉(zhuǎn)子作為壓縮機中最主要的運動件，其動平衡的好壞對壓縮機的振動與噪音有重要影響。

轉(zhuǎn)子工作時其平衡性是由結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料、制造方式、零件數(shù)等眾多因素決定的，因此，對于轉(zhuǎn)子的動平衡校正，沒有標準的模式方法，也沒有任何的捷徑可走，唯一的做法就是參照動平衡原理，借助平衡機的校正而得到一個理想的平衡轉(zhuǎn)子。

1 動平衡原理

動平衡技術(shù)起源于旋轉(zhuǎn)零件，隨著發(fā)動機、馬達、泵、壓縮機等的出現(xiàn)，動平衡技術(shù)逐漸得到重視并開始發(fā)展。

質(zhì)量為m的零部件在運動中必然會附帶慣性力，若這些慣性力在運動件內(nèi)部在不施加外力的情況下無法相互抵消，則我們認為該零部件為不平衡。

假設(shè)轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量為m，不平衡位置半徑為r，則不平衡量U=mr，即不平衡量是由不平衡質(zhì)量與不平衡位置共同決定的。

進一步假設(shè)不平衡量導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)心相對旋轉(zhuǎn)中心的偏心距為e，轉(zhuǎn)子總質(zhì)量為M，則不平衡量U=Me。

因為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)性，必然有離心力產(chǎn)生，而質(zhì)心的偏移所導(dǎo)致的離心力便產(chǎn)生了不平衡量。

角速度與轉(zhuǎn)速關(guān)系：ω≈n/10

則離心力：F=m×r×ω2=U×（n/10）2

因為質(zhì)心偏移的不確定性，所以不平衡量應(yīng)該作為一個矢量來考慮，且方向不變的前提下，它的運動軌跡可以進行線性轉(zhuǎn)移，也可以與力一樣進行合成、分解與疊加。

對于一根轉(zhuǎn)子，無論存在多少不平衡量，按照矢量疊加原則，都可以合成為一個不平衡量，且可以分解至轉(zhuǎn)子的兩端，借助與平衡機將兩端面上的不平衡量消除即可實現(xiàn)零件最終的動平衡。

平衡精度等級G則決定著平衡的質(zhì)量，G=e×ω，而平衡精度等級的確定則由如下三種方法確定：根據(jù)積累的經(jīng)驗決定平衡的精度等級；根據(jù)試驗結(jié)果決定平衡等級；根據(jù)軸承允許受力情況決定平衡等級。

2 動平衡機的應(yīng)用

轉(zhuǎn)子的不平衡量有很多個矢量組成，且具有一定的方向性，若借助普通的動平衡手段很難完成對不平衡量大小及位置的確定，因此，需要借助動平衡機完成不平衡量的確定。

動平衡機按測量模式可分為力檢測硬支撐平衡機、位移檢測軟支撐平衡機；按平衡機的的結(jié)構(gòu)可分為臥式平衡機、立式平衡機；按平衡機的驅(qū)動形式可分為萬向節(jié)驅(qū)動、皮帶驅(qū)動、壓縮空氣驅(qū)動、自驅(qū)動。煙臺冰輪集團采用的平衡機申克HM30系列為臥式皮帶驅(qū)動的硬支撐平衡機。平衡機的原理是當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)達到設(shè)定轉(zhuǎn)速后，進入穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)階段，兩硬支撐處的振動傳感器開始收集各種振動信號，包括因存在不平衡量而產(chǎn)生的振動、外界振動、動平衡機自身震動等，傳感器將收集信號傳至電測箱內(nèi)，信號處理器開始對信號進行分離，對沒有意義的信號分離處理，僅保留因不平衡量而產(chǎn)生的振動信號，并分析出不平衡量的大小及方向，在電測箱顯示器上顯示。操作者根據(jù)顯示即可完成轉(zhuǎn)子不平衡量的校正。

3 動平衡時參數(shù)選擇

平衡過程中需要確定諸多參數(shù)才可完成整個動平衡過程，包括計算參數(shù)、測量參數(shù)及經(jīng)驗參數(shù)。

3.1 計算參數(shù)

計算參數(shù)指的是轉(zhuǎn)子的合理不平衡量值。根據(jù)平衡等級計算公式及角速度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，按如下公式e=10000G/n即可計算出不平衡量相對轉(zhuǎn)子中心的偏移量，再根據(jù)U=Me計算出該轉(zhuǎn)子的合理不平衡量值。

3.2 測量參數(shù)

測量參數(shù)指的是各可以通過測量工具直接測量出來的參數(shù)，包括轉(zhuǎn)子的重量，去重半徑，a、b、c數(shù)值。其中，a指的是左側(cè)支撐與左側(cè)校正面間距離，b指的是兩校正面之間的距離，c指的是右側(cè)支撐與右側(cè)校正面間的距離。

3.3 經(jīng)驗參數(shù)

經(jīng)驗參數(shù)指的是動平衡時的平衡轉(zhuǎn)速。平衡轉(zhuǎn)速若選擇過低，則會導(dǎo)致無法正確測出不平衡量值，若選擇過高，則會導(dǎo)致沒必要的能量浪費及較低的平衡效率。按照經(jīng)驗、轉(zhuǎn)速的選擇主要取決于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量、可允許剩余不平衡量、轉(zhuǎn)子的特性三方面。根據(jù)離心力的計算公式，當需要的振動值確定后，零件質(zhì)量越大，需要的轉(zhuǎn)速就越小。若需求的可允許剩余不平衡量越大，則對振動反饋要求越低，當零件質(zhì)量一定的情況下，需要的轉(zhuǎn)速就越小。若轉(zhuǎn)子為剛性轉(zhuǎn)子，工作轉(zhuǎn)速并沒有超過臨界轉(zhuǎn)速，動平衡時可以用低速代替高速進行平衡。

4 動平衡時的差錯處理

動平衡出現(xiàn)的差錯主要包括平衡數(shù)值不顯示、平衡數(shù)值不穩(wěn)定、平衡數(shù)值明顯不合理三方面。

4.1 平衡數(shù)值不顯示

平衡數(shù)值不顯示說明在按要求的不平衡量進行動平衡操作時，選擇的轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的振動信號過小，不足以被平衡機傳感器所接受，因此，該問題的處理方法為提高動平衡轉(zhuǎn)速即可。

4.2 平衡數(shù)值不穩(wěn)定

平衡數(shù)值不穩(wěn)定說明平衡機電測箱在處理信號的過程中受到了一定程度的干擾，主要是指同頻干擾，即外界存在的某一不確定振動的振動頻率與轉(zhuǎn)子不平衡量所產(chǎn)生的振動頻率相同，電測箱無法將這一無關(guān)振動信號過濾掉，從而導(dǎo)致動平衡數(shù)值的不穩(wěn)定。該問題的處理方法為首先要確保平衡機各鎖緊部位的鎖緊狀態(tài)，包括地腳螺栓、支撐架、支撐滾輪等，其次要保證支撐滾輪與支撐軸頸的尺寸不能相同，皮帶驅(qū)動軸頸與皮帶盤軸頸不能相同。同時，更換動平衡轉(zhuǎn)速即可排除外界的同頻干擾。

4.3 平衡數(shù)值明顯不合理

平衡數(shù)值明顯不合理指的是平衡結(jié)果明顯超出了正常值，出現(xiàn)這種情況主要是平衡轉(zhuǎn)速過快，導(dǎo)致大量數(shù)值溢出，處理方法為降低轉(zhuǎn)速即可。

5 結(jié)論

當前，越來越多制造商對于動平衡的重要性都有了共識，越來越多企業(yè)都會根據(jù)本行業(yè)的實際情況，制定切實可行的平衡方案。而對于螺桿壓縮機制造商來說，對動平衡的重視對于進軍更多的行業(yè)市場與領(lǐng)域也有重大意義。