多级离心泵现场动平衡技术的实验研究

李 程，傅树霞，吕 明

(1.广东省特种设备检验研究院茂名检测院，广东 茂名 525000；2.广东石油化工学院广东省石化装备故障诊断重点实验室，广东 茂名 525000；3.中国石油抚顺石化分公司烯烃厂， 辽宁 抚顺 113008)

多级离心泵现场动平衡技术的实验研究

李 程1，傅树霞2，吕 明3

(1.广东省特种设备检验研究院茂名检测院，广东 茂名 525000；2.广东石油化工学院广东省石化装备故障诊断重点实验室，广东 茂名 525000；3.中国石油抚顺石化分公司烯烃厂， 辽宁 抚顺 113008)

对转子平衡技术的原理进行了研究，介绍了一些基础概念。对旋转机械发生故障的主要特征进行了研究。设计搭建了自己的现场动平衡模拟试验台。在实验室设计搭建的现场动平衡模拟试验台和HM3BU动平衡机上进行了振动测试的试验，得到了振动值与不平衡量之间的关系。

多级离心泵；现场动平衡；振动测量；转子

离心泵等旋转机械在现代生活中占有举足轻重的地位，被广泛应用于石油化工、纺织、冶金、食品、酿造、制药、工业和城市给排水、高层建筑增压送水、园林喷灌、消防增压、远距离输水等多个行业多个领域，直接关系到国家的生产和人民的生活。为了满足更高、更远距离的运输，达到更高的生产效率，多级离心泵得到了愈加广泛的应用。随着社会工业生产的需要和科技的日新月异，离心泵等旋转机械逐渐向着大型化、精密化和高速化发展，这就对旋转机械的性能提出了更高的要求。

1 多级离心泵转子动平衡原理

转子系统实现动平衡，需要满足以下条件：

即惯性力的矢量和等于零，并且惯性力矩的矢量和也等于零。

在支承系统上，转子由于被驱动而产生旋转，进行动平衡测量时，要求支承系统必须具有必要的自由度[1]。这样在不平衡离心力的作用下，才能保证支承系统有规律的振动，并且能够与转子的不平衡质量成正比。

由此转子——支承系统就组成了某种形式的质量--弹簧系统，如果想要测得转子校正面的不平衡质量的大小和相位，只需要测量转子系统支承处的振动即可。然后我们再根据需要进行加重或者去重的平衡操作，这就是动平衡的原理。

2 场动平衡技术的试验研究

2.1 试验目的

传统的旋转设备故障的诊断和分析，主要是通过使用测振仪器，获得设备的振动值，然后根据采集到的数据，如幅值、相位、轴心轨迹等振动参数的不同特征，分析判断设备可能存在的故障，并找到引起机器振动的原因[2]。

本实验正好相反，我们意图通过对不平衡质量的改变，来引起设备的振动，利用测振仪器获得设备的振动值，如有可能我们期望得出振动值——不平衡量——配重值三者之间的对应关系[3]，这样我们便可以更好的根据测得的振动值找出不平衡的原因，并准确的进行不平衡校正，从而降低振动，达到设备的稳定运行。

2.2 试验装置

本实验采用自主设计的二级，三级，四级转子为实验对象，在每个叶轮上都钻有M8的螺纹孔，用螺栓来改变不平衡质量的大小。在两个平衡盘上也都钻有M8的螺纹孔，用来进行平衡配重。如图1所示：

图1 现场动平衡模拟试验台正面图

2.2.1 现场动平衡试验台

如图2.1所示，主要由轴承，转子支架，电机支架，电机组成。现场动平衡试验台区别于动平衡机的不同在于它的支承刚度，而且转子的转速达到3000RPM，即在转子是工作转速下运作。我们在动平衡试验台上测得转子的振动值。

2.2.2 HM3BU动平衡机

HM3BU动平衡机是德国申克公司生产的，主要由平衡机和电控箱组成。平衡机由光电传感器、振动传感器、放大器组成。光电传感器测量转子的转速和不平衡相位。振动传感器测量转子的振动值。放大器将传感器输入的信号进行放大。在试验台上测试完转子的振动值后，要将转子拆卸下来，放到动平衡机上进行平衡配置，记录配重值[4]。

首先要测量转子支承处的直径，和驱动处的直径，计算两者与动平衡机支承处和驱动处的差值，两者差值要小于10%，以防止产生共振对动平衡造成影响。检查皮带是否完好，调整两个支承的距离，将转子放好在平衡机上。找准转子旋转的方向，防止转子的反向旋转。加润滑油，在转子轴端贴好反光标签，固定好光电传感器。

在控制箱处输入转子的校正方式，校正面等参数，选择合适的平衡转速进行实验。

2.3 试验方法

2.3.1实验前准备

我们将转子的四个叶轮和两个平衡盘进行编号，如图2所示：

图2 叶轮的编号

2.3.2 调平转子

图3 HM3BU动平衡机

如图3所示，首先，量取皮带轮的直径和转子的驱动直径，计算他们的百分比，选择合适的驱动皮带轮。然后将转子放在动平衡机上，贴上黑色胶带，反光标，将光电传感器放置在适宜的高度处，聚光点对准反光标，开启压缩机，将驱动皮带拉紧。打开操作箱，启动操作软件，进行调平操作。分别将二级、三级、四级转子在进行实验前，进行平衡。根据平衡标准得知，在3000r/min的转速下，得许用剩余不平衡质量为3.4g·mm/kg。计算我们的剩余不平衡质量为2.43g·mm/kg,达到标准范围之内，我们可以认为该转子达到平衡[5]。

2.3.3 实验步骤：

(1)将转子放在现场动平衡试验台上，在不同位置改变不平衡质量的大小，记录数据。

(2)利用EMT390数据采集振动仪测量振动值，并记录数据。

(3)将转子从现场动平衡试验台上拆卸下来，安装到HM3BU动平衡机上，进行动平衡校正。记录配重的质量和相位。

2.4 试验结果

不同位置的不平衡质量对振动值的影响，试验得到如下图4所示：

图4 叶轮1、2、3、4的振动值

Fig.4 Vibration of impeller 1、2、3、4

由图4的分析我们可以看出，每个叶轮的各个相位的振动值相差不大，垂直方向的振动值也几乎相同。说明将同一质量的不平衡质量放在不同位置，对振动值测量的几乎没有影响。而且从数据我们可看出，水平方向的振动较大，垂直方向的振动较小。这是因为垂直方向由于支架和地基的支承，导致支承的刚度很多，将很大一部分振动抵消掉。这样，我们采用水平方向的振动值，作为后续的实验参数，进行测量。随着不平衡质量在不同叶轮同一相位的变化，振动值也发生变化。当不平衡质量靠近左侧叶轮时，左侧所测得的振动值变大；当不平衡质量靠近右侧时，右侧测得的振动值变大。由此，我们可以得知，不平衡质量在轴向位置的分布，对不平衡的振动是会产生影响的[6]。

3 结论

(1)不平衡的振动值，在轴向方向的振动值，要远远比垂直方向的振动值明显，这是因为垂直方向的支架和基础等的支撑刚性过大，将很大一部分振动抵消，因此我们在测振动值的时候，只需要测量水平方向的振动值即可[7]；

(2)在不同叶轮的同一相位，不平衡质量的影响基本是相同的；

(3)当不平衡质量靠近左侧轴承时，左侧的振动值较大；当不平衡质量靠近右侧时，右侧的不平衡质量较大，这说明，不平衡质量在轴向位置的分布，会对振动值造成影响；

(4)随着不平衡质量的增加，不平衡的振动值也是在逐渐增加的，两者呈现线性关系；

(5)随着不平衡质量的增加，配重值也是逐渐增大的，并且两者呈现线性关系；

(6)不平衡质量在轴向位置的变动，对总的配重结果几乎没有影响。

[1] Goodman T P.A least-squares method for computing balance corrections[J]. Journal of Manufacturing Science & Engineering,1964, 86(3) 273 - 277.

[2] 刘贵杰.转子系统现场动平衡技术的实验研究[J].机械工程师，1999(2)：40-41.

[3] 谢志江.转子双面现场动平衡的不卸试重平衡法[J].重庆大学学报，2002，25(09)：101-103.

[4] 陈敬平，严普强.转子现场动平衡的相对影响系数法[J].振动、测试与诊断，1994，14(04)：1-6.

[5] 刘正式，陈心昭.转子动平衡的相对系数法及其在动态信号分析仪上的实现[J].机械强度，1994,16(4)：53-57.

[6] 刘荣强，武新华，夏松波,等.影响系数余量平衡法及其在初始弯曲转子动平衡中的应用[J].汽轮机技术，1994,36(4)：200-203.

[7] 付大鹏，林淑杰.M=N≤2转子动平衡最优化新算法[J].机械，1994,21(2)，10-11.

(本文文献格式：李 程，傅树霞，吕 明.多级离心泵现场动平衡技术的实验研究[J].山东化工，2016，45(14)：81-82，84.)

2016-05-16

李 程(1987—)，辽宁抚顺人，化工过程机械专业，硕士研究生，助理工程师。现从事特种设备检测技术工作。

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