大吨位双悬臂转子动平衡特性研究

李连海，孟艳玲，王芳，田云，郭永珊，刘亚玲

（沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司，辽宁 沈阳 110869）

1 研究的意义

在大型旋转机械系统中，转子是重要组成部分，相当于心脏设备；转子的不平衡会引起转子的振动进而影响产品的机械运转、噪音、使用寿命。在旋转机械中由转子不平衡引起的机械故障占60%左右。因此，为了减小机械故障率，保证产品的正常运转，对大吨位旋转机械的动平衡特性研究就非常重要。尤其是对一些双外悬臂的大型水泵转子，不平衡是造成转子振动的主要原因之一，直接影响水泵机械运转及使用寿命，因此研究屏蔽电动泵转子特别是大吨位水泵转子的动平衡特性具有重要意义。

对于大型旋转机械来说，特别是大吨位转子，在运转之前都需要进行动平衡试验，去除不平衡量。对于在大吨位双外悬臂支撑结构的转子，在进行动平衡试验的过程中，转子的不平衡量的去重，不仅仅是动平衡机上显示的数值，其动平衡试验与转子的安装及转子在动平衡实验前后的状态有直接的关系。

当距离支撑位置较近的转子径向跳动值（方向、量值）发生了改变，由此引起的转子的质量偏心距也发生了相应的变化，进而对动平衡的结果产生了一定的影响，特别是对于一些要求精度较高的转子。所以在做此类转子动平衡试验时，需要对动平衡前后的转子状态进行测量记录，并在转子动平衡去重时加以考虑。按转子动平衡特性来说此类转子动平衡过程相对来说比其它支撑形式的转子较难操作，需要考虑转子的支撑距离与转子质心之间的相对关系。

2 外双悬臂支撑动平衡公式

对于常用的刚性转子动平衡：

这是常规的动平衡计算公式，但是在对双悬臂外支撑所用到的计算方法与之有一定的不同。

对于图1所示的情况，相关标准给出的计算公式如下，按支撑跨距与校正面之间之比成比例地减小平衡允值：

图1 转子支撑结构示意图

3 实例

以某产品转子动平衡试验为例：双悬臂支撑动平衡，转子的相关数据带入上述公式中进行转子动平衡允差的计算，动平衡精度要求G1.0，将其运算公式如下。

转子动平衡试验前轴端高点位置对比及动平衡报告中相位角的对比见图2、3、4，其中，⋆标注为高点位置图。

图2 （首次转子装配）

图3 （动平衡试验前）

图4 （动平衡试验后）

动平衡过程：按相关公式进行了前期的剩余不平衡量的计算，并对该转子进行了动平衡试验前的转子径向跳动检查，完成后进行了首次的转子动平衡试验。试验后按动平衡机的数据来进行平衡去重，去重后进行了二次动平衡试验。试验结果与计算值有较小的偏差，认为可以继续进行动平衡去重操作，但是在第二次去重后，第三次动平衡试验时，发现去重值与计算值不符并且相位角发生了较大的偏移，这种情况是以前从来没有过的。排查了很多原因如动平衡机的原因、操作员主观原因、转子材料、操作过程控制、转子的存储环境，都没有找到根本原因。最终决定按新产品安装工艺重新安装，发现了在支撑位置较近的位置径向跳动值发生了变化，量值及角度都发生了明显的变化。图5为对应动平衡数据。

图5 对应动平衡数据

4 对比分析

通过对上述实例的对比，不难看出当转子上形位公差发生明显变化时与之对应的动平衡试验结果也发生了明显变化，这与整个转子的质心发生偏移有直接关系。质心偏移所产生的不平衡量为：

其中，e为质量偏心距；U为不平衡量；m为转子质量。

当质心偏移180°后与之对应的不平衡量也发生了180°左右的偏移，并且其量值等于偏心不平衡量与转子前期不平衡值的差；特别是对于一些要求动平衡精度较高的转子来说，变化非常明显。这一特性的发现，对于查找不平衡量产生的原因具有一定的指导意义。

5 结语

以上分析实践，对大吨位高精度外双悬臂支撑类转子适用，但对精度要求不高的小型转子应谨慎对待。对于转子的动平衡前后的质心变化需要做好对比，如果在动平衡去重后，残余不平衡量与正常计算所得数值有较大偏差，可以对该转子的形位公差进行复检。据悉，在核电行业、炼油行业所使用的汽轮机和水轮机及大型水泵都有相关类似产品，在机组检修时都会对其转子进行动平衡试验（费钱大约一次高速动平衡需要4～10万，费时由于自己厂家不具备条件，需要返厂或者外协）。因此建议对动平衡前后的质心偏移做好记录，缩短动平衡周期。