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東莞市久裕通風(fēng)設(shè)備有限公司

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通風(fēng)機(jī)動平衡方法研究

文章出處:東莞市久裕通風(fēng)設(shè)備有限公司責(zé)任編輯:久裕通風(fēng)降溫發(fā)表時間:2012-01-06瀏覽量:4929

1引言

懸臂結(jié)構(gòu)的通風(fēng)電動機(jī)靠近通風(fēng)機(jī)葉輪一側(cè)的軸承除要承受通風(fēng)機(jī)葉輪的重量外,還要承受轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡離心力引起的交變載荷,使轉(zhuǎn)子和軸承同時產(chǎn)生振動,增大機(jī)械噪聲。轉(zhuǎn)子不平衡力引起的振動在通風(fēng)機(jī)振動頻譜中主要表現(xiàn)為軸頻及其倍頻的振動,為了抑制由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡引起的振動,目前普遍采用的方法是對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場動平衡。本文根據(jù)對剛性轉(zhuǎn)子的運動分析,制定了通風(fēng)機(jī)現(xiàn)場動平衡的試驗方法。試驗表明,該方法可以有效地降低由于動平衡不良原因引起的通風(fēng)機(jī)軸頻振動。

2剛性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動

研究剛性轉(zhuǎn)子的動平衡運動的模型為圖1所示的Jeffcott轉(zhuǎn)子。它是由一根支承在兩個軸承上的豎軸,中間裝有質(zhì)量m的圓盤。設(shè)圓盤的幾何中心為O1,質(zhì)心G,偏心距e=O1G,軸支承中心的連線與圓盤的交點為O。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時,圓幾何中心O1與軸心O是重合的。

圖1 轉(zhuǎn)子運動示意圖

建立直角坐標(biāo)系xoy,圓盤形心O1的運動軌跡為xy),則圓盤質(zhì)心G的位置為(x+ecoswt,y+esinwt)。假設(shè)轉(zhuǎn)軸在O處的X和Y方向的剛度均為k,粘性阻尼系數(shù)C,則圓盤在x和y方向的運動微分方程為:

圓盤在x和y方向的運動微分方程

因此轉(zhuǎn)子的運動是繞形心O1點自轉(zhuǎn),同時又繞支承中心O作公轉(zhuǎn),它們的角速度都是w。

分析單盤轉(zhuǎn)子位移與激勵力矢量之間相位角φ與頻率比r的關(guān)系:當(dāng)r 當(dāng)r>l時,質(zhì)心G和回轉(zhuǎn)中心O處在幾何中心O1的同一側(cè),在幾何中心的外側(cè),π/2<φ<π;當(dāng)r=l時,φ=π/2,軸彎曲的橫向位移接近最大值R=e/2ζ,這時軸的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速nc=60wn(2π)。若不考慮其它因素,其值與軸不轉(zhuǎn)時橫向彎曲振動頻率相等。

對于已知的轉(zhuǎn)子系統(tǒng),轉(zhuǎn)子質(zhì)量m,支承軸承的阻尼系數(shù)c和彈性剛度K一定,當(dāng)轉(zhuǎn)子在某一轉(zhuǎn)速w下穩(wěn)定運行時,由式(5)可知相位角φ是一個常數(shù),在振動研究中,通常稱φ為機(jī)械滯后角。由式(6)可知也是一個常數(shù),通常稱α為影響系數(shù)。在工程中,機(jī)械滯后角φ可以通過轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號和振動信號直接測量,影響系數(shù)α可通過加試重的方法測得。

設(shè)理圓盤轉(zhuǎn)子見圖2,質(zhì)量為m,質(zhì)心O和圓盤形心O重合。在半徑R上加一微小質(zhì)量△m1,質(zhì)心移到G1,偏心距為e1,則圓盤轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速W旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的動撓度為δ1,測得圓盤振動幅值為A1由單自由度系統(tǒng)振動原理知A1δ1。同增,如在半徑R上加一微小質(zhì)量△m2,質(zhì)心移到G2,偏心距為e2則,圓盤轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速w旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的動撓度為δ2,測得圓盤振動幅值為A2,且A2δ2。由α=δ/e為常數(shù)可得。在工程中一般以轉(zhuǎn)子的實際偏心質(zhì)量為△m1,則通過加重△m2可以求得轉(zhuǎn)子的實際偏心質(zhì)量為。如果在實際偏心質(zhì)量為△m1的180度相位角加質(zhì)量為△m1的平衡塊,則可以校正轉(zhuǎn)子的質(zhì)心G1回到形心O位置,使轉(zhuǎn)子平衡。

圖2 圓盤轉(zhuǎn)子的不平衡

3通風(fēng)機(jī)單平面動平衡校正方法

根據(jù)Jeffcott轉(zhuǎn)子運動的分析,通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動平衡一般方法如下:

(1)啟動通風(fēng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速WN運行,測得原始不平衡振動矢量

(2)停下通風(fēng)機(jī),在葉輪內(nèi)平面上某個半徑 R和相位角β上加度重P1= P1﹤β;

(3)啟運通風(fēng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速wn運行,測得加試重后振動矢量A01= A01﹤α01;

(4)計算由試重引起的振動的振幅值和相位角A1= A01﹤α1;

由A1= A01﹤A01;得,

(6)在葉輪內(nèi)平面半徑R上安裝平衡質(zhì)量Q;

(7)重新測量轉(zhuǎn)子振動,如不滿足要求則重復(fù)進(jìn)行以上試驗。

4通風(fēng)機(jī)動平衡試驗

某型號通風(fēng)機(jī)組的振動較大,為了抑制軸振動,通過現(xiàn)場動平衡來校正,要求平衡精度到G2.5級。動平衡校正系統(tǒng)采用B&K公司7790動平衡系統(tǒng)測試。風(fēng)機(jī)參數(shù)如下:

額定轉(zhuǎn)速:nN=1800 rpm;

電機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子重量:mM =30 kg;

風(fēng)機(jī)葉輪重量:m1=25 kg;

風(fēng)機(jī)葉輪半徑:R1=2l5 mm;

動平衡校正半徑:R=205 mm。

根據(jù)精度等級計算試重質(zhì)量:

校正過程見表1和圖3。通過校正,通風(fēng)機(jī)的動平衡達(dá)到G2.5級,校正后電機(jī)的振動明顯減小,從振動頻譜圖上看,30Hz軸頻振動比較如表2。

表1 通風(fēng)機(jī)動平衡校正過程

 

 

振動及相位角

實際加平衡重

建議加平衡重

 

A(mm/s2)

φ(°)

M(g)

φ(°)

M(g)

φ(°)

初始狀態(tài)

161

322

 

 

 

 

試驗狀態(tài)

197

270

13

144

13.2

68

校正狀態(tài)

41

258

13

72

 

 

圖3 通風(fēng)機(jī)動平衡校正過程

表2 校正前后風(fēng)機(jī)振動比較

 

 

初始狀態(tài)

校正后狀態(tài)

振動加速度(mm/ s2)

X向(水平方向)

1.68

1.00

Y向(電機(jī)軸向)

3.25

1.39

Z向(垂直方向)

0.05

0.13

5結(jié)束語

通過轉(zhuǎn)子運動的理論分析和通風(fēng)機(jī)動平衡的試驗驗證,可得如下結(jié)論:

(1)單平面動平衡校正方法可以有效降低通風(fēng)機(jī)組的軸頻振動,且簡便易行,具有實用價值。

(2)進(jìn)行現(xiàn)場動平衡之前,要去除由其它因素所引起的振動,如聯(lián)軸器不對中、軸承松動、軸承座地腳螺栓松動等故障,通風(fēng)機(jī)安裝平臺也要牢固穩(wěn)定,否則都會影響試驗的效果。

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