LW250型离心机现场动平衡方法

张忠信，王建军

（兰州石化设备维修公司，甘肃兰州 730060）

LW250型离心机现场动平衡方法

张忠信，王建军

（兰州石化设备维修公司，甘肃兰州 730060）

用常规方法对离心机的差速双转子系统进行现场动平衡校核时，最少需要启停机6次，效率不高。通过对双转子系统的运动分析及波形分解，知道内外转子的振动分量仅与各自转子不平衡量有关，因此双转子系统的动平衡问题便转化成2个单转子来处理，如此可实现常规方法3次启停机完成离心机动现场平衡校核。

离心机；动平衡；双自由度；影响系数法

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.21

0 概述

离心机为双转子系统，它由一定速差的2个转子组成。内转子通过滚动轴承安装在外转子内壁，外转子通过滚动轴承安装于轴承座上。因其内、外转子的回转轴线重合，机器转动时，内外转子不平衡振动相互影响，给现场动平衡的数据分析带来一定干扰。

1 离心机转子的运动分析

离心机转子系统的简化力学模型见图1，为了便于分析对模型作5个假设。

（1）离心机转子系统装配精度完好，支承强度足够。

（2）仅对转子系统在垂直平面内的受力和振动情况进行分析。

（3）内、外转子在垂直平面内运动可看成各自质心C1和C2的平动x1和x2及绕过质心水平轴（垂直纸面）的转动θ1和 θ2。

（4）m1，m2分别为内、外转子的质量；J1，J2分别为内、外转子绕过质心水平轴的转动惯量；k1，k2分别为内、外转子相应轴承的刚度系数且同一转子两支承轴承的刚度相等。

（5）假定内、外转子各自不平衡量引起的离心惯性力F1，F2，且F1，F2所在的截面同C1和C2所在截面的距离分别为Ll和L2；由此可得不平衡量引起的绕质心惯性力矩为：M1=F1L1，M2=F2L2。

图1 离心机转子简化力学模型

在以上假设基础上，图2所示的简化力学模型轴承支承部分可视为双自由度系统。

离心机内转子运动微分方程见式（1）式（2）。

图2 双自由度系统系统

外转子运动微分方程见式（3）式（4）。

由式（1）～（4），可得式（5）～（8）。

由式（5）～（8）可以看出，x1，x2，θ1和 θ2是不平衡力和力偶的线性组合，其中，a1，a2，b1，b2，c1，c2，d1和 d2是常数，与转子系统结构有关。故而离心机左右两端轴承处的振动值可表示式（9）和式（10）。

对离心惯性力F1，F2和惯性力矩M1，M2进行分解，可将F和M分解成左右轴承处不平衡力和左右轴承处不平衡力矩，见式（11）所示：

将式（11）代入式（9），（10）可得式（12）和式（13）。

由式（12）和式（13）可知：①xz，xy是 2 个简谐振动的合成，对于离心机整机来讲，其轴承座上的振动是由内转子不平衡量激励产生的的振动与外转子不平衡量激励产生的振动的叠加。因此整机动平衡时，可用测振传感器采集轴承座上的振动信号，然后通过适当的处理，分别提取出内、外转子的振动信号。②内、外转子的各自振动量只与各自的不平衡量有关，整机做现场动平衡校核时，可以将双转子系统的动平衡问题转化成2个单转子来处理。这说明内、外转子可以分别平衡，不会相互影响。当采用影响系数法对系统进行平衡时，只需要考虑内、外转子各自影响系数就能解决问题。

2 振动波形分解

通过上面的分析可以知道，离心机双转子系统的不平衡振动信号是2个频率相差很小的简谐振动叠加而成的，可表示式（14）或式（15）。

式中，A1，A2，ω1，ω2，φ1和 φ2为内转子、外转子不平衡振幅、频率和相位，Δφ为角度常数。从式（15）可以看出，①当（ω1-ω2）t+（φ1-φ2）=2kπ，k=0，1，2，…，n 时，离心机合成振动的 2 个简谐振动分量同相叠加，形成波峰，振动值达到最大值，即Amax=A1+A2。②当（ω1-ω2）t+（φ1-φ2）=2（k+1）π，k=-0，1，2，…，n 时，离心机合成振动的2个简谐振动分量反相叠加，形成波谷，振动值达到最小值，即Amin=A1-A2。

此时如果要对离心机进行整机现场动平衡，首先必须从振动信号中分离出内、外转子各自的不平衡振动分量。振动信号分离原理如式（16）所示。

通过测量离心机瞬时振动值，根据式（16），把内外转子的2个振动幅值求出来。相位的测量须在内、外转子表面贴相位基准标记，通过测量基准信号与振动波峰之间的相位差，即可确定各自的相位。

3 离心机现场动平衡步骤

离心机现场动平衡方法采用影响系数法，图3为离心机整机动平衡测试示意图。

图3 离心机现场动平衡双校正面测试简图

（3）由前述理论分析可知，内、外转子振动相互影响不大，故因此可求出关于外转子的2个平面加重影响系数，见式（17）。

（4）取下 PIw，在上加试重 PⅡw，在处测得振动值为A2，B2。

（5）通过上述分析，可以得到离心机外转子不平衡量的影响系数见（19）。

（6）同样，分别对离心机内转子2个侧面加试重，算出内转子的不平衡量影响系数见式（20）。

解该方程组可以求得内、外转子2个平衡面上的加重大小和角度。

4 结论

（1）离心机内、外转子不平衡振动之间的相互影响很小，可采用影响系数法校核离心机的动平衡。

（2）离心机动平衡校核方式分为整机动平衡校核和转鼓螺旋单独校核。整机动平衡校核时，需用仪器或软件对振动信号分离，可实现3次启停机完成离心机动平衡校核。由于受到软硬件限制，无法分离振动信号，则需单独对离心机转鼓和螺旋做动平衡校核。整个校核过程至少6次启停机，效率低于整机动平衡校核方式。

TH113

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〔编辑 凌 瑞〕