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动平衡和静平衡

来源: 江苏金湖华升计量仪器有限公司

2022/5/20 7:59:08 252

动平衡和静平衡

一. 静平衡

静平衡在转子一个校正面上进行校正平衡,校正后的剩余不平衡量,以保证转子在静态时是在许用不平衡量的规定范围内,为静平衡又称单面平衡。


二. 动平衡

动平衡在转子两个或者两个以上校正面上同时进行校正平衡,校正后的剩余不平衡量,以保证转子在动态时是在许用不平衡量的规定范围内,为动平衡又称双面或者多面平衡。


三. 转子平衡的选择与确定

如何选择转子的平衡方式,是一个关键问题。其选择有这样一个原则:

只要满足于转子平衡后用途需要的前提下,能做静平衡的,则不要做动平衡,能做动平衡的,则不要做静动平衡。原因很简单,静平衡要比动平衡容易做,省功、省力、省费用。

那么如何进行转子平衡型式的确定呢?需要从以下几个因素和依据来确定:

1. 转子的几何形状、结构尺寸,特别是转子的直径D与转子的两校正面间的距离尺寸b之比值,以及转子的支撑间距等。

2. 转子的工作转速

关转子平衡技术要求的技术标准,如GB3215、API610、GB9239和ISO1940等。
3. 转子做静平衡的条件在GB9239平衡标准中,对刚性转子做静平衡的条件定义为:

如果盘状转子的支撑间距足够大并且旋转时盘状部位的轴向跳动很小,从而可忽略偶不平衡(动平衡),这时可用一个校正面校正不平衡即单面(静)平衡,对具体转子必须验证这些条件是否满足。在对大量的某种类型的转子在一个平面上平衡后,就可求得*大的剩余偶不平衡量,并除以支撑距离。如果在*不利的情况下这个值不大于许用剩余不平衡量的一半,则采用单面(静)平衡就足够了。

从这个定义中不难看出转子只做单面(静)平衡的条件主要有三个方面:

(1)一个是转子几何形状为盘状;

(2)一个是转子在平衡机上做平衡时的支撑间距要大;

(3)再一个是转子旋转时其校正面的端面跳动要很小。

对以上三个条件作如下说明:

(1)何谓盘状转子主要用转子的直径D与转子的两校正面间的距离尺寸b之比值来确定。在API610标准中规定D/b<6时,转子只做单面平衡就可以了;D/b≥6时可以作为转子是否为盘状转子的条件规定,但不能优良化,因为转子做何种平衡还要考虑转子的工作转速。

(2)支撑间距要大无具体的参数规定,但与转子校正面间距b之比值≥5以上均视为支撑间距足够大。

(3)转子的轴向跳动主要指转子旋转时校正面的端面跳动,因为任何转子做平衡试都是经过精加工的,加工后已保证了转子的孔与校正面之间的行为公差,端面跳动很小。

根据上述转子做单面(静)平衡的条件,再结合有关泵方面的技术标准(如GB3215和API610),只做静平衡的转子条件如下:

(1)对单级泵、两级泵的转子,凡工作转速<1800转/分时,不论D/b<6或D/b≥6只做静平衡即可。但是如果要求做动平衡时,必须要保证D/b<6,否则只能做静平衡。

(2)对单级泵、两级泵的转子,凡工作转速≥1800转/分时,如果D/b≥6只做静平衡即可。但平衡后的剩余不平衡量要等于或小于许用不平衡量的1/2。如果要求做动平衡,要看两个校正面的平衡是否能在平衡机上分离开,如果分离不开,则只能做静平衡。

(3)对一些开式叶轮等转子,如果不能实现两端支撑,只做静平衡即可。因为两端不能支撑,势必进行悬臂,这样在平衡机上做动平衡很危险,只能在平衡架上进行单面(静)平衡。

4转子做动平衡的条件在GB9239标准中规定:凡刚性转子如果不能满足做静平衡的盘状转子的条件,则需要进行两个平面来平衡,即动平衡。

只做静平衡的转子条件如下(平衡静度G0.4级为*高精度,一般情况下泵叶轮的动平衡静度选择G6.3级或G2.5):

(1)对单级泵、两级泵的转子,凡工作转速≥1800转/分时,只要D/b<6时,应做动平衡。

(2)对多级泵和组合转子(3级或3级以上),不论工作转速多少,应做组合转子的动平衡。


四. 动平衡试验

动平衡试验是对转子进行动平衡检测、校正,并达到使用要求的过程。

当零件作旋转运动的零部件时,例如各种传动轴、主轴、风机、水泵叶轮、刀具、电动机和汽轮机的转子等,统称为回转体。在理想的情况下回转体旋转与不旋转时,对轴承产生的压力是一样的,这样的回转体是平衡的回转体。但工程中的各种回转体,由于材质不均匀或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差,甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素,使得回转体在旋转时,其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消,离心惯性力通过轴承作用到机械及其基础上,引起振动,产生了噪音,加速轴承磨损,缩短了机械寿命,严重时能造成破坏性事故。

为此,必须对转子进行平衡,使其达到允许的平衡精度等级,或使因此产生的机械振动幅度降在允许的范围内。


五.平衡方法

1. 工艺平衡法

工艺平衡法的测试系统所受干扰小,平衡精度高,效率高,特别适于对生产过程中的旋转机械零件作单体平衡,目前在动平衡领域中发挥着相当重要的作用,汽轮机、航空发动机普遍采用这种平衡方法。但是,工艺平衡法仍存在以下问题:

(1)平衡时的转速和工作转速不一致,造成平衡精度下降。例如:有不少转子属于二阶临界转速的扰性转子,由于平衡机本身转速有限,这些转子若采用工艺平衡,则无法有效的防止转子在高速下发生变形而造成的不平衡。

  (2)平衡机(特别是高速立式平衡机)价格昂贵。

  (3)在动平衡机上平衡好的转子,装机后其平衡精度难以保证。因为动平衡时的支承条件不同于转子在实际工作条件下的支承条件,且转子同平衡装置之间的配合也不同于转子与其自身转轴之间的配合条 件,即使出厂前已在动平衡机上达到高精度平衡的转子,经过运输、再装配等过程,平衡精度在使用前难免有所下降,当处于工作转速下运转时,仍可能产生不允许的振动。

  (4)有些转子,由于受到尺寸和重量上的限制,很难甚至无法在平衡机上平衡。例如:对于大型发电机及透平一类的特大转子,由于没有相应的特大平衡装置,往往会造成无法平衡;对于大型的高温汽轮 机转子,一般易发生弹性热翘曲,停机后会自动消失,这类转子需进行热动态平衡,用平衡机显然是无法平衡的。

  (5) 转子要拆下来才能进行动平衡,停机时间长、平衡速度慢、经济损失大。

2. 整机现场动平衡法

为了克服上述工艺平衡法的缺点,人们提出了整机现场动平衡法。将组装完毕的旋转机械在现场安装状态下进行的平衡操作称为整体现场平衡。这种方法是机器作为动平衡机座,通过传感器测的转子有关部位的振动信息,进行数据处理,以确定在转子各平衡校正面上的不平衡及其方位,并通过去重或加重来消除不平衡量,从而达到高精度平衡的目的。

有于整机现场动平衡是直接接在整机上进行,不需要动平衡机,只需要一套价格低廉的测试系统,因而较为经济。此外,由于转子在实际工况条件下进行平衡,不需要再装配等工序,整机在工作状态下就可获得较高的平衡精度。

作为整机现场动平衡技术的一个重要分支,在线动平衡技术也正处于蓬勃发展之中,很有前途。由于工艺平衡法是起步*早的一种经典动平衡方法。整机现场动平衡技术是为了解决工艺平衡技术中存在的问题而提出的。


六. 平衡精度

精度等级G

g.mm/kg

转子类型举例

G4000

4000

具有单数个气缸的刚性安装的低速船用柴油机的曲轴驱动件

G1600

1600

刚性安装的大型二冲程发动机的曲轴驱动件

G630

630

刚性安装的船用柴油机的曲轴驱动件;刚性安装的大型四冲程发动机曲轴驱动件

G250

250

刚性安装的高速四缸柴油机的曲轴驱动件

G100

100

六缸和多缸柴油机的曲轴驱动件。汽车、货车和机车用的(汽油、柴油)发动机整机。

G40

40

汽车车轮、箍轮、车轮整体;汽车、货车和机车用的发动机的驱动件。

G16

16

粉碎机、农业机械的零件;汽车、货车和机车用的(汽油、柴油)发动机个别零件。

G6.3

6.3

燃气和蒸气涡轮、包括海轮(商船)主涡轮刚性涡轮发动机转子;透平增压器;机床驱动件;特殊要求的中型和大型电机转子;小电机转子;涡轮泵。

G2.5

2.5

海轮(商船)主涡轮机的齿轮;离心分离机、泵的叶轮;风扇;航空燃气涡轮机的转子部件;飞轮;机床的一般零件;普通电机转子;特殊要求的发动机的个别零件。

G1

1

磁带录音机及电唱机驱动件;磨床驱动件;特殊要求的小型电枢。

G0.4

0.4

精密磨床的主轴、磨轮及电枢、回转仪。

考虑到技术的先进性和经济上的合理性,国际标准化组织(ISO)于1940年制定了*的ISO1940平衡等级,它将转子平衡等级分为11个级别,每个级别间以2.5倍为增量,平衡机要求*高的G0.4到要求*低的G4000。单位为公克×毫米/公斤(gmm/kg),代表不平衡对于转子轴心的偏心距离。


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