LW250型离心机现场动平衡策略分析

LW250型离心机现场动平衡策略分析

黄运光

广西盛誉糖机制造有限责任公司 广西 南宁 530000

摘要：在进行离心机现场动平衡时，基本上都会选用影响系数平衡法。本分简要介绍了离心机转子的分类以及动平衡技术的概念，进而进一步分析了离心机现场动平衡过程中应采取何种策略，来达到现场动平衡目的。

关键词：离心机；现场动平衡；策略

1.离心机转子的分类

离心机的转子基本上都是富有弹性的，在离心机运转期间，在转子惯性主轴偏离旋转轴线的情况下，转子上将会产生不平衡离心力，这种不平衡离心力将会对转子造成不同程度的影响，进而导致转子变形弯曲。然而，当转子的转动速率比一阶临界转速低很多时，这时，转子往往会具有很强的刚性且此时的不平衡力相对而言也比较低，因此，这时不平衡力对转子造成的影响可以忽略不计，这种类型的转子被称之刚性转子。相反，当不平衡力对转子造成的影响不可忽略时，这种类型的的转子被称为挠性转子。

在转子的转动速率为ω时，其挠度为：

在此公式中，r则为转子的挠度；e则为质心和惯性中心轴之间的距离；ω则为转子运转时的转动速度；Ω则为一阶转子的临界转动速度。

在ω小于Ω的情况下，转子的挠度基本上为零，此时，不平衡离心力对转子的影响则非常小，以至于可以忽略不计。但是，在ω小于0.5Ω的情况下，r小于1/3e时，这时的转子往往会被人们称之为刚转子；与此同时，在0.5Ω小于等于ω，ω小于0.707Ω的情况下，1/3e小于等于r小于e时，转子被称之为准刚性转子。通常将转动速率大于0.707Ω且挠度大于e的转子视为挠性转子。针对于挠性转子而言，离心力不平衡通常会导致转子的挠性发生很大变化，这种变化是不可以忽视的。

刚性和挠性转子的动态特性有着较大差异，因此两者的平衡方法也存在较大差别。一般而言，刚性转子的动平衡基础是可以作为挠性转子的动平衡基础使用的，然而，挠性转子的振动以及平衡从本质上来讲，与刚性转子有着很大的差别。例如，在平衡挠性转子时，在没有进行分析的情况下直接使用不影响变形的刚性转子的平衡方法，那么将无法达到预期的平衡效果。

刚性转子的转动速度往往会比一阶临界转速低很多，而挠性转子的转动速度通常都会大于一阶临界转速。

动平衡技术概述

2.1动平衡技术概述

早期，由于技术和认知上的缺陷，初期的平衡技术仅仅只是较为简单的静平衡技术。过去，较为典型的静平衡大致包含两种测试方法：一种是滚动平衡法，一种是天平平衡法，然而，以上两种方法都是使用转子静止状态下的不平衡重力来测试转子的平衡度的，由于摩擦力矩而影响支撑精度的重力作用比较低，只能在静态下检查平衡状态的旋转物体，平衡效果不好。后期，在我国科学技术快速发展的基础上，我国的动平衡技术有了较为明显的提高。按照转子的刚性特征，将动态平衡理论划分为了以下两种：一种则是刚性转子动平衡法，一种则是挠性转子动平衡法。转子的刚性动平衡主要使用刚性转子平衡以及校正解算原理来达到平衡目的，转子的挠性动平衡一般使用振动型平衡法以及影响系数法来达到平衡目的。

2.2离心机现场动平衡技术

一般而言，旋转机械进行动平衡测试所使用的方法基本上都是将转子从设备上卸下来，进而再通过测试现场的动平衡机对其进行平衡，平衡好转子以后，再将转子安装在现场的设备上，这样做不仅浪费了时间，而且还会影响企业的生产效率，同时，将转子卸下来用平衡机平衡时由于受条件限制，进而会导致转子出现不同程度的的偏差。但是，现场动平衡技术则是直接在现场平衡旋转机械，这种动平衡技术不仅方便，而且准确率高，对离心机现场平衡来讲有着重要的现实意义。但是，在现场进行平衡的过程中，因为受条件限制，在进行离心机现场动平衡时，振型平衡法基本上是被排除在外的，通常现场动平衡基本上都会选择影响系数法。现阶段，在测试技术以及计算机计算快速发展的今天，LW250型离心机现场动平衡基本上使用的都是影响系数法，以此来达到动平衡目的。

3.离心机现场动平衡策略

离心机动平衡实质上就是转子平衡，转子平衡时，转子的质量分布会根据初始的不平衡值发生变化，进而让转子每一部分的离心力的合力为零，而不会对旋转机械的固定部位施加过大的离心力，也不会引起转子变形、振动。转子平衡的最终状态则是旋转机械的中心惯性主轴线与旋转轴线重合，并消除了旋转机械在旋转时因旋转机械的离心力引起的振动，进而实现平衡目的。

根据转子的类型和转子转动速度的快慢，转子平衡方法基本上包括两种，一种是静平衡法，一种是动平衡法。针对于一般的刚性转子而言，当转子的转动速度达不到一分钟1800转，同时转子纵横比小于0.5或转动速度达不到每分钟900转的情况下，这时需使用静平衡法；但是，当转子的转动速度每分钟高于900转且转子的纵横比大于0.5或每分钟的转动速度高于1800转时，这时，则需要使用动平衡法。除此之外，在转子系统较为复杂时，也可以使用动平衡法。一般而言，离心机的转子系统基本上都是由主轴以及大臂组合而成的，这种转子被称为复合转子，因而，在对其进行平衡时，必须使用动平衡法。但是，针对于挠性转子而言，转子平衡必须使用动平衡法，跟转子转动速度的快慢以及纵横比的大小没有关系。

现阶段，动平衡的理论基础正处于成熟期，按照转子是否属于刚性转子，将转子平衡划分为两种动平衡法，一种是刚性转子动平衡法，另一种则是挠性转子动平衡法。

在对刚性转子进行动平衡时，通常包含很多种方法，例如振幅平衡法、三点平衡法和影响系数法。在这些方法中，影响系数法的操作方法较为简便且方便计算机计算，同时对操作人员的要求也相对较低，因而，在对刚性转子进行动平衡时，基本上都会选择影响系数法。

挠性转子的动平衡不同于刚性转子的动平衡，挠性转子的动平衡必须考虑因不平衡离心力的作用而导致的转子弯曲变形。当转子的转动速度不同时，离心力的大小会随转子的转动速度发生变化，这时转子就会出现不同程度的弯曲变形。其次，离心力的分布也会因转子的挠曲而发生变化，所以说，挠性转子的不平衡状态取决于转子转动速度的快慢。在对挠性转子进行动平衡时，理论上仅将校正质量添加到沿着转子轴向的无限多个平面中，同时还需校正转子的每个平面上的偏心率，只有这样，挠性转子才能完全处于动平衡状态且与转子的转动速度无关。通常情况下，挠性转子动平衡只能在一个或者几个转动速度下，向有限数量的校正平面添加校正质量来补偿实际的平衡操作。

通常情况下，挠性转子的现场动平衡策略大致包含振型平衡法、挠性转子影响系数法。振型平衡方法是基于随机分布在转子上的不平衡值来激发不同的转子振型，并且平衡质量与主振型正交，使用振型分离法，则可以对转子进行逐阶平衡，尽管使用这种方法无法直接测量初始阶段转子的不平衡值，但是这些不平衡值所造成的影响，如转子的转动幅度以及变形幅度则是可以测量出来的，这时，则可以使用将校正质量添加到平衡表面的方法直接消除了这些影响，以实现平衡转子的目的。挠性转子平衡以及刚性转子平衡所使用的影响系数法的原理是一样的，后者则是利用校正质量与转子系统中测得的振动响应之间的线性关系来平衡转子，因此，可以将刚性转子的两个校正面的影响系数法作为推广挠性转子的基础。

结束语

针对于LW250离心机的现场动平衡问题，文章主要讨论的刚性转子以及挠性转子实现动平衡时应采取何种方法，一般情况下，无论是刚性转子还是挠性转子，若要达到现场动平衡目的基本上都使用的是影响系数平衡法。

参考文献：

孙宝冬.徐根发.黄问虎等.转子自动平衡技术的实验研究.电机与控制学报,2015,15(5):317-322.

陈锡军.雷旭亮.姜福兴.离心机用于测量不平衡和自动平衡系统.杂志“电机和控制”,2016,2(4):248-251.

李胜利.精确的离心分流平衡和卸载系统的研究.哈尔滨工业大学,2017：22-27.