1引言

悬臂结构的通风电动机靠近通风机叶轮一侧的轴承除要承受通风机叶轮的重量外，还要承受转子系统不平衡离心力引起的交变载荷，使转子和轴承同时产生振动，增大机械噪声。转子不平衡力引起的振动在通风机振动频谱中主要表现为轴频及其倍频的振动，为了抑制由于转子系统不平衡引起的振动，目前普遍采用的方法是对转子系统进行现场动平衡。本文根据对刚性转子的运动分析，制定了通风机现场动平衡的试验方法。试验表明，该方法可以有效地降低由于动平衡不良原因引起的通风机轴频振动。

2刚性转子的转动

研究刚性转子的动平衡运动的模型为图1所示的Jeffcott转子。它是由一根支承在两个轴承上的竖轴，中间装有质量m的圆盘。设圆盘的几何中心为O1，质心G，偏心距e=O1G，轴支承中心的连线与圆盘的交点为O。当转子静止时，圆几何中心O1与轴心O是重合的。

建立直角坐标系xoy，圆盘形心O1的运动轨迹为xy)，则圆盘质心G的位置为(x+ecoswt，y+esinwt)。假设转轴在O处的X和Y方向的刚度均为k，粘性阻尼系数C，则圆盘在x和y方向的运动微分方程为：

因此转子的运动是绕形心O1点自转，同时又绕支承中心O作公转，它们的角速度都是w。

分析单盘转子位移与激励力矢量之间相位角φ与频率比r的关系：当r 当r>l时，质心G和回转中心O处在几何中心O1的同一侧，在几何中心的外侧，π／2<φ<π；当r=l时，φ=π/2，轴弯曲的横向位移接近最大值R=e／2ζ，这时轴的转速称为临界转速nc=60wn(2π)。若不考虑其它因素，其值与轴不转时横向弯曲振动频率相等。

对于已知的转子系统，转子质量m，支承轴承的阻尼系数c和弹性刚度K一定，当转子在某一转速w下稳定运行时，由式（5）可知相位角φ是一个常数，在振动研究中，通常称φ为机械滞后角。由式（6）可知也是一个常数，通常称α为影响系数。在工程中，机械滞后角φ可以通过转子的转速信号和振动信号直接测量，影响系数α可通过加试重的方法测得。

设理圆盘转子见图2，质量为m，质心O和圆盘形心O重合。在半径R上加一微小质量△m1,质心移到G1，偏心距为e1，则圆盘转子以转速W旋转时产生的动挠度为δ1，测得圆盘振动幅值为A1由单自由度系统振动原理知A1δ1。同增，如在半径R上加一微小质量△m2，质心移到G2，偏心距为e2则，圆盘转子以转速w旋转时产生的动挠度为δ2，测得圆盘振动幅值为A2，且A2δ2。由α=δ/e为常数可得。在工程中一般以转子的实际偏心质量为△m1,则通过加重△m2可以求得转子的实际偏心质量为。如果在实际偏心质量为△m1的180度相位角加质量为△m1的平衡块，则可以校正转子的质心G1回到形心O位置，使转子平衡。

3通风机单平面动平衡校正方法

根据Jeffcott转子运动的分析，通风机转子动平衡一般方法如下：

（1）启动通风机以额定转速WN运行，测得原始不平衡振动矢量

（2）停下通风机，在叶轮内平面上某个半径 R和相位角β上加度重P1= P1﹤β；

（3）启运通风机以额定转速wn运行，测得加试重后振动矢量A01= A01﹤α01；

（4）计算由试重引起的振动的振幅值和相位角A1= A01﹤α1；

由A1= A01﹤A01；得，

（6）在叶轮内平面半径R上安装平衡质量Q；

（7）重新测量转子振动，如不满足要求则重复进行以上试验。

4通风机动平衡试验

某型号通风机组的振动较大，为了抑制轴振动，通过现场动平衡来校正，要求平衡精度到G2.5级。动平衡校正系统采用B&K公司7790动平衡系统测试。风机参数如下：

额定转速：nN=1800 rpm；

电机转转子重量：mM =30 kg；

风机叶轮重量：m1=25 kg；

风机叶轮半径：R1=2l5 mm；

动平衡校正半径：R=205 mm。

根据精度等级计算试重质量：

校正过程见表1和图3。通过校正，通风机的动平衡达到G2.5级，校正后电机的振动明显减小，从振动频谱图上看，30Hz轴频振动比较如表2。

表1 通风机动平衡校正过程

 

	振动及相位角		实际加平衡重		建议加平衡重
	A(mm/s2)	φ(°)	M(g)	φ(°)	M(g)	φ(°)
初始状态	161	322
试验状态	197	270	13	144	13.2	68
校正状态	41	258	13	72

表2 校正前后风机振动比较

 

	初始状态	校正后状态
	振动加速度（mm/ s2）
X向（水平方向）	1.68	1.00
Y向（电机轴向）	3.25	1.39
Z向（垂直方向）	0.05	0.13

5结束语

通过转子运动的理论分析和通风机动平衡的试验验证，可得如下结论：

（1）单平面动平衡校正方法可以有效降低通风机组的轴频振动，且简便易行，具有实用价值。

（2）进行现场动平衡之前，要去除由其它因素所引起的振动，如联轴器不对中、轴承松动、轴承座地脚螺栓松动等故障，通风机安装平台也要牢固稳定，否则都会影响试验的效果。