化工装置中转机的动平衡技术研究与应用
摘要:对化工生产装置中转机转子的动平衡方法进行了研究、分析,提出了各种情况下转机转子动平衡的对策,为大型、关键机组的长周期运转提供了技术支持。
关键词:化工装置 动平衡 技术 精度
一、引言
随着科学技术的快速发展,化工生产装置中的旋转机械在生产中的所处的地位越来越重要,功率越来越大、转速越来越高、结构也越来越复杂,其中,作旋转运动的转子产生的不平衡离心惯性力引起的机械振动问题越来越突出,成为化工生产中决定转机运转周期的关键因素之一。化工生产装置检修过程中常常会遇到转机转子的动平衡测试问题,转子动平衡测试方法的正确与否对动平衡的测试质量影响很大,直接关系到转机的设备检修质量,有时甚至引起严重的设备事故。转子的动平衡方法研究就是为减少和消除这个振源,使其达到允许的动平衡精度,把转机的振动控制在允许范围内的一种方法。
二、动平衡机的工作原理和种类
平衡转速高于转子支承系统固有频率的称为软支承平衡机。这种平衡机的支承刚度小,传感器检测出的信号与支承的振动位移成正比。
三、转子动平衡检测时经常遇到的问题及解决对策
1. 转子平衡方式的选择。由于转子的转速和形状差异较大,因此动平衡的检测方法不同。检修过程中选用那种方法比较合理,要根据实际情况决定。一般根据转子的转速和转子的厚度与直径之比选用平衡试验的方式。
2. 转子动平衡前的应进行的准备工作。因为转子经过长周期的运行和检修过程不可避免的会产生变形,而变形尺寸的大小直接关系到转子动平衡的精度。因此,转子在进行动平衡前有必要对各部尺寸重新进行校核,确保转子动平衡的精度。特别是轴的顶尖孔的表面情况、轴颈处相对顶尖孔处园跳动情况、轴的直线度和转子的跳动情况要进行认真的检查和记录,并与图纸进行核对,如有变化须进行必要的校正。对于盘状转子要检查盘状转子的摆动量;对悬臂状园盘转子,分解后进行动平衡检验时,要检查装配位置的配合情况和形位公差在规定范围内。
3. 如何选择转子动平衡的精度。转子进行动平衡时,应根据转机的运转使用状况,合理的选择平衡的精度等级,避免过剩检修和欠维修现象发生。高速旋转机械以及轴承刚性低的机械通常选用平衡程度值小的,相反选用大值。另外,旋转部份的质量与机械整体质量之比较小时.通常选用的平衡程度值要大。
4. 如何选择合适的平衡机。因为动平衡机是系列化生产的,从确保测试精度和对设备的使用寿命两方面考虑,应根据自己的转子选用合适的机型。不能有一种选型上的错觉,认为一台大规格型号动平衡机,就可包罗万象进行在此规格之下的所有不同重量的转子的测试。生产厂在样本上标出各型号动平衡机的e值,是采用此型号最大承载量的1/3左右的校验转子进行调试后能达到的平衡精度值。
四、刚性转子动平衡的几个注意问题
(1)刚性转子动平衡,只要试验系统的灵敏度足够,可取较低的平衡转速(相对于工作转数而言),所以通常也称为低速动平衡。平衡转数只需取一个,一般为工作转数的20%。在此转数上转子的弯曲变形显然很小,不会影响其不平衡量的大小和分布,平衡过程中只是把力和力偶不平衡量降低到许可的范围内。
(2)对于停放时间较长的转子,为了保证测量数据的稳定,转子需在平衡转数上维持一定的时间后再进行测量。
(3)转子上各个部件或零件的不平衡量应尽量在之身上给与平衡校正。这样做的目的,其一可以消除旋转时由于不平衡量离心力与校正量离心力不在同一平面或同一体上而引起内应力,其二可以降低高速时的震型不平衡量。
(4)转子上各个部件或零件应尽量安装在本转子轴上给与平衡校正。对于不得不借助于辅助轴进行平衡的部件,例如联轴器整体,则应注意辅助轴带来的影响,并予以消除。
(5)转子校正时,转子的两个校正面之间距离应尽量大,并应位于转子重心的两侧。
(6)不平衡量的校正方式最好采用螺钉校正或平衡槽加重,尽量不用砂轮磨削的去重方法。
(7)对有键槽的旋转轴或者配合部件进行单独平衡时,必须用半键进行平衡。但是当平衡装置具有对键槽不平衡进行补偿功能时,就没有这种限制。
(8)转子在动平衡机上进行平衡校正时,是其回转轴线应与其工作时的回转轴线相一致,以免影响其平衡精度。
五、柔性转子的动平衡检验方法
工作转速高于最低阶临界转速的转子称为柔性转子。在日常工作中,诸如透平、离心机等这类转子经常会碰到。在工程上只能取有限个校正平面去完成理论上无穷多的校正。目前,理想的柔性转子动平衡校正方法正处在研究探索中,本文只介绍工程中常用的两种方法。
(1)振型平衡法
根据柔性转子回转体的实际情况,取N个校正面,在每个校正面上设置一个不平衡量,应用挠取变形方程,使这些不平衡量产生的挠曲变形去抵消转子已有的挠曲变形。由于无法预知转子内的不平衡分布函数,因此,只适用于结构简单,不超过三阶的柔性转子。
(2)影响系数法
在柔性转子上选定有限个校正平面和振动测量点,依次在每一个平面上加一不平衡量。让转子旋转,测出各点的振动量,算出其影响系数,代入影响系数方程,就可算出各校正面的等效不平衡量。采用加重或减重的方法,很容易抵消这些等效不平衡量,使各点的振动响应均为零。这种方法适用于结构复杂的柔性转子,缺点是需要运转转子的次数太多,对于大型机组有时是做不到的。
六、结论
化工生产中,转子动平衡检验是大型关键机组转机检修中一项十分重要的工作,也是一项比较复杂的系统工程,每一个子系统的工作状态的好坏,直接关系到转机检修工作的成败。转子平衡检验即要求检修、检验人员对转机检修工艺过程有较深的认识和了解,又要掌握较深的平衡检验理论知识和技能。选用的方法和设备不同,其平衡结果的差异较大。因此,转子动平衡检测前,应由相关部门组织技术人员制定出包括转子动平衡精度的选择、动平衡标准的检验、动平衡方法的确定和动平衡设备的使用等一系列完整的转子动平衡测试方案。
