浅谈动平衡试验的原理及验收标准.doc

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浅谈动平衡试验的原理及验收标准

摘要:旋转机械是核电站设备的一个重要的组成部分,其安全稳定运行关系着整个核电站的安全运行,本文结合核电站的具体设备,主要介绍了旋转机械动平衡的试验原理及验收标准。

关键词:核电站;旋转机械;动平衡;泵

旋转机械设备产生的振动会加速轴承的疲劳和磨损,降低机械设备的精度和可靠性,产生噪声,严重时则会发生机械事故。对核电站而言,主泵,主给水泵,汽轮机等均为大型旋转机械,特别是像汽动辅助给水泵等为高速旋转机械,动平衡对其安全稳定运行尤为重要,当然核电站还有风机,压缩机等旋转机械,其动平衡的方法与水泵相似。

1.动平衡试验原理

1.1.概述

如果转子刚体是均匀对称的,绕对称中心轴转动,则各点离心力相互抵消。由于转子本身组织不均匀,或是加工误差,装配等造成质量偏心等都会引起旋转轴线的偏移,从而导致不平衡。

例如一个薄圆盘,若是质量分布不均,不能相互抵消平衡,就可以产生不平衡力,总效果是相当于某一个方向上多出一个当量的不平衡质量。对于长轴物体,如水泵转子可看成多个不平衡圆盘的组合,不平衡质量的分布呈空间曲线形式。

平衡可以分为静平衡和动平衡,动平衡又可以分为刚性转子平衡和挠性转子平衡。

静平衡是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,因此静平衡又称为单面平衡。

动平衡则是在两个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,因此动平衡又称为双面平衡(特殊情况下也可以使用多个校正面进行平衡)。

通常水泵转子,汽轮机转子都属于刚性转子,动平衡是在工厂的动平衡机上进行,现场平衡一般是在工作条件下进行,特别是现场维修时更为方便。

1.2.动平衡原理

动平衡的目的是平衡不平衡力和力矩,由于转子上的平衡是分布式的,在转子上存在多个不平衡力,可以分别向任选的两个面简化,这两个面即通常我们所说的校正面。通常不平衡量可以由矢量来表示,符号为U,单位通常为g·mm。如图1所示,转子不平衡量在两个校正面上分别为U1和U2。

根据上述转化,只需要在两个校正面上加上两个校正量W1,W2来平衡不平衡量U1和U2,即可实现平衡。

即:W1+U1=0,W2+U2=0。

校正量可以是正的也可以是负的,据此校正方式基本上分去重和加重两种,目前对于水泵的转子动平衡去重方式使用较多,而对于汽轮机则使用加重方式较多,如平衡槽式和平衡螺钉式等。

图1:转子不平衡量的简化图

2.动平衡验收标准

2.1.动平衡的试验转速

刚性转子动平衡只要试验系统的灵敏度足够,可以取用较低的转速(相对于工作转速而言)。平衡转速通常只取用一个,在此转速下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。

例如水泵,对高速旋转的转子,一般转子动平衡速度在700-1000转左右,如上充泵转子动平衡试验转速为830rpm,而对于速度较低,直径较大的转子,转子动平衡在200-400转左右,如主泵转子动平衡试验转速为300rpm,海水循环泵叶轮动平衡试验转速为250rpm。

2.2.动平衡的精度等级

一个转子的总不平衡量,工程上都是使用两个平面上不平衡量的模之和来表示:

为了排除转子质量的因素,工程上也用不平衡量除以转子质量后来表示:

,称为不平衡度,又称为不平衡偏心距,单位通常用。

国际标准ISO1940使用了值作为动平衡品质的衡量尺度,我国国标也是使用作为衡量尺度,命名为不平衡烈度,单位通常为mm/s。

在ISO1940和国标中均以Su值大小来划分动平衡品级,并冠以符号G为等级。

动平衡等级G(mm/s)=(e/1000)×ω=(e/1000)(2πn/60)

如图2中,是以转速(n转/分,即rpm)为横坐标,以偏心距e(μm,微米)为纵坐标,以动平衡等级G(mm/s)为参数的斜线族(该斜线左高右低,即同一个G值,低转速设备所允许的偏心量大,高转速设备所允许的偏心量小)。斜线族中包括G0.4,G1,G2.5,G6.3,G16,G40,G100,G250,G630等各级。

如果转速为4800rpm,选取G=2.5;则查阅动平衡斜线,可以找到对应的纵坐标读数约5μm。这就是由动平衡等级(2.5)确定的对转子动平衡精度的要求,当然也可以直接通过计算确定转子的动平衡质量要求:

……(1)

另外,选定动平衡等级时注意:一般低速转子,G取大值;高速转子,G取小值。通常水泵转子的动平衡等级选取G6.3级,或G2.5级。若选取的数值愈小,表示对动平衡的精度要求愈高。对汽轮机转子一般应取用G2.5级。

图2:动平衡等级相应的允许不平衡度

2.3.允许剩余不平衡量的分配

据最大允许不平衡力矩定义,

……(2)

式中,

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