一种利用静平衡测定刚性转子不平衡量的方法

摘要

本发明是一种利用静平衡测定刚性转子不平衡量的方法。包括在静平衡架上检测刚性转子的不平衡方向，在静平衡架上检测刚性转子的摆动周期和确定刚性转子的不平衡量三步。为刚性转子不平衡量的测定和平衡品质的评价提供了一种简单、可靠的静平衡测定方法。可以有效地确定刚性转子不平衡量的大小和方向，解决了静平衡测定刚性转子不平衡量不能定量评价的问题，使刚性转子平衡校正一次校正率达到90％以上；对于采用静平衡测定方法进行转子平衡校正的要求，不再是直至转子整个平衡系统出现随意平衡为止，而是转子剩余不平衡量小于转子许用不平衡量为止即可。这样就从两个方面大大缩短了转子平衡校正所消耗时间，提高了转子平衡校正的效率和有效性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定方法，更具体地说，是涉及一种利用静平衡测定刚性转子不平衡量的方法。

背景技术

在国家标准GB/T 9239.1-2006《机械振动恒态(刚性)转子平衡品质要求第1部分：规范与平衡允差的检验》中，在总结国内外经验的基础上，根据恒态(刚性)转子的机械类型和最高工作转速，对转子的平衡品质要求提出了建议，并进行了分级。不平衡量的测定方法分为动平衡和静平衡，标准给出了测定方法的选择要求，针对平衡品质要求相对比较低的转子，仅需要采用单面校正即可。单面校正时转子的不平衡量可以在旋转平衡机上测定，也可以采用静平衡方法检测。静平衡方法检测刚性转子的不平衡操作简单、方便，不需要专用设备，适用范围广，因此在实践中被广泛使用。

目前，在机械设备中，静平衡检测方法能准确地确定转子不平衡的方向；但转子不平衡量的大小，却一直没有比较有效和实用的方法确定。即使用静平衡方法检测刚性转子的不平衡，只能定性判断转子的不平衡量是否满足使用要求，不能定量评价转子不平衡量的大小。

根据标准GB/T 9239.1-2006对转子平衡品质的分级和刚性转子的使用技术要求，可以计算出转子的许用剩余不平衡量，作为判定转子是否达到使用要求的标准。若采用动平衡方法或在旋转平衡机上测定刚性转子的不平衡量，则会在平衡机上显示转子不平衡量的大小和方向。采用静平衡方法检测刚性转子的不平衡时，没有显示不平衡量大小和方向的设备，目前也没有有效、实用的方法确定转子不平衡量的大小。在标准JB/T 6752-1993《中小型水轮机转轮静平衡试验规程》中，规定了采用静平衡方法检测刚性转子不平衡和进行平衡校正的程序和要求。该标准对平衡校正的要求为：通过配重或去重的方法，直至转子整个平衡系统出现随意平衡为止，或不平衡量在任意角度都小于许用剩余不平衡量为止，对转子不平衡量的大小没有定量评价的要求。在实践使用中，采用静平衡检测方法进行平衡校正时，一般也是要求转子整个平衡系统出现随意平衡为止，而不要求定量评价转子不平量的大小。

因此，在现有技术中，采用静平衡方法检测刚性转子的不平衡能满足转子剩余不平衡量小于转子许用不平衡量的要求，但通过静平衡检测方法进行转子平衡校正所用时间长，效率低，对转子的平衡品质也无法进行定量的分析评价。

发明内容

本发明的目的，是提供一种利用静平衡测定刚性转子不平衡量的方法。

该方法在采用静平衡方法测定转子不平衡量的过程中，能较准确地确定刚性转子不平衡量的大小，判定转子是否达到使用的技术要求，对刚性转子的平衡品质做出定量评价。通过该方法的实施，能有效地提高刚性转子采用静平衡测定方法进行平衡校正的效率。

本发明是通过如下技术方案实施的：

1.研究一种利用静平衡测定刚性转子不平衡量的方法，其特征在于，该测定方法包括在静平衡架上检测刚性转子的不平衡方向、在静平衡架上检测刚性转子的摆动周期和确定刚性转子的不平衡量三步：

(1)所述的在静平衡架上检测刚性转子不平衡方向的操作是，将待测转子装平衡芯轴后放在静平衡架上，或将其直接放在静平衡架上，使待测转子在静平衡架上自由来回摆动，取摆动后待测转子停下时垂线向下的方向，为转子不平衡方向；

(2)检测转子摆动周期的操作是，将待测转子的不平衡方向偏离垂线方向90°，令其在静平衡架上自由摆动，测定从摆动开始到第一次停止后准备返回时所用的时间t；时间t即为转子的摆动周期；

(3)刚性转子的不平衡量的确定方法是，依据待测转子的摆动周期t，通过查表*或计算确定待测转子的不平衡量；

*此处的查表，系指查针对该种刚性转子建立的“转子摆动周期与转子不平衡量的对应关系表”。

2上述一种利用静平衡测定刚性转子不平衡量的方法，步骤(3)所述的刚性转子不平衡量的计算方法，其特征在于，该计算方法为：式中：

UR为转子的重径积，即不平衡量大小，

t为转子从摆动开始到第一次停止后准备返回时所用的时间；

J₀为转子对回转轴线的转动惯量。对于某种特定的转子，其转动惯量J₀是一定的。

3上述一种利用静平衡测定刚性转子不平衡量的方法，所述的刚性转子对回转轴线转动惯量J₀的测定方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

(1)在转子不平衡方向的径向上，距回转轴线r的地方附加一已知质量为m₀的配重，按照权利要求1所述步骤(2)的方法测出其摆动周期为t_+m0；

(2)将m₀配重绕转子的回转轴线转180°，按照权利要求1所述步骤(2)测出其摆动周期为t_-m0；

(3)计算刚性转子的转动惯量，计算公式为：$J_0=\frac{m_{0}r}{2{\pi }^2}·\frac{t_{+m0}^2{t}_{-m0}^2}{t_{-m0}^2-t_{+m0}^2};$

式中：

J₀为转子对回转轴线的转动惯量；

m₀为配重的质量；

r为配重距转子回转轴线的距离；

t_+m0为在转子不平衡方向的径向上，距回转轴线r的地方附加配重m₀后测得的摆动周期；

t_-m0为在转子不平衡方向的反向径向上，距回转轴线r的地方附加配重m₀后测得的摆动周期。

上述一种利用静平衡测定刚性转子不平衡量的方法，步骤(3)所述的表的建立方法，其特征在于，该表的建立方法为：

对于常用的刚性转子，根据转子的转动惯量J₀建立摆动周期t与转子不平衡量UR大小的对应关系表。

对于某种特定的转子，其转动惯量J₀是一定的，根据步骤(2)可知，转子不平衡量的大小UR与转子摆动周期t的平方成反比。

对于常用的转子，可以建立摆动周期t与转子不平衡量UR的对应关系表。

通过查阅摆动周期t与刚性转子不平衡量UR大小的对应关系表，可以确定已知摆动周期t的刚性转子的不平衡量大小。

为了消除测量误差的影响，确保转子的剩余不平衡量满足使用的技术要求，可以将按标准GB/T 9239.1-2006计算出的许用剩余不平衡量减小到一定值，作为平衡校正的判定依据。

本发明的技术效果

通过实施本发明的测定方法，可以有效地确定刚性转子不平衡量的大小和方向，解决了静平衡测定刚性转子不平衡量不能定量评价的问题，使刚性转子平衡校正一次校正率达到90％以上；对于采用静平衡测定方法进行转子平衡校正的要求，不再是直至转子整个平衡系统出现随意平衡为止，而是转子剩余不平衡量小于转子许用不平衡量为止即可。这样就从两个方面大大缩短了转子平衡校正所消耗时间，提高了转子平衡校正的效率和有效性。

本发明为刚性转子不平衡量的测定和刚性转子平衡品质的评价提供了一种简单、可靠的静平衡测定方法。

具体实施方式

本发明的刚性转子不平衡量的静平衡测定方法按下述步骤实施：

(1)确定转子不平衡方向。

将转子装在平衡芯轴上，并放在静平衡架上，或将其直接放在静平衡架上，确定转子不平衡的方向。使转子在静平衡架上多次来回摆动，取摆动后停下垂线向下的方向为转子不平衡方向。

(2)确定转子不平衡量的大小。

测量转子的摆动周期，查表或通过计算确定转子不平衡量的大小。使转子的不平衡方向偏离垂线方向90°，令其在静平衡架上自由摆动，测出从开始到第一次停止后准备返回时所用的时间t(一般为测多次的平均值)，则通过查表或计算可得到转子不平衡量的大小。

计算方法为式中：

UR为转子的重径积，即不平衡量大小；

t为转子从摆动开始到第一次停止后准备返回时所用的时间(测量多次后取其平均值)；

J₀为转子对回转轴线的转动惯量。

如果不知道转子的转动惯量，按步骤(3)测量、计算转子的转动惯量。

(3)测量、计算转子对回转轴线的转动惯量的大小。

测量、计算方法：在转子不平衡方向的径向上、距回转轴心r的地方附加一已知质量为m₀(m₀和r的乘积一般要小于转子的不平衡量)的配重，按步骤(2)测出其摆动周期为t_+m0，再将m₀配重绕转子的回转轴线转180°，按步骤(2)测出其摆动周期为t_-m0，则通过计算可得到转子的转动惯量，计算方法为式中：J₀为转子对回转轴线的转动惯量；

m₀为配重的质量；

r为配重距转子回转轴心的距离；

t_+m0为在转子不平衡方向的径向上，距回转轴心r的地方附加配重m₀后测得的摆动周期；

t_-m0为在转子不平衡方向的反向径向上，距回转轴心r的地方附加配重m₀后测得的摆动周期。

(4)对于常用的转子，可以根据步骤(2)的计算，建立摆动周期t与不平衡量UR的对应关系表，以便采用静平衡方法测定转子不平衡量时查阅。

为了消除测量误差的影响，确保转子的剩余不平衡量满足使用的技术要求，可以将按标准GB/T 9239.1-2006计算出的许用剩余不平衡量减小到一定值，作为平衡校正的判定依据。

下面通过实施例，对几种刚性转子不平衡量的静平衡测定方法进行阐述：

实施例一

转子一不平衡量的静平衡测定：

已知：转子重量为1373kg，转子外径1000mm，工作时转子转速336r/min，转子的平衡品质要求为G6.3。

根据标准GB/T 9239.1-2006，可以计算出转子的许用不平衡量为491.67×500g·mm。

为了计算转子的不平衡量，需先按步骤(3)测定转子的转动惯量J₀。按本发明步骤(3)的要求，令m₀为400g，r为500mm，测得t_+m0为11.9s，t_-m0为18.2s；t_+m0和t_-m0均为多次测量的平均值。则根据本发明步骤(3)，可得转子的转动惯量J₀为5012.56g·s²×500mm。

根据本发明步骤(2)，可以得到该转子的摆动周期与不平衡量的对应关系如表1：

表1转子一摆动周期与转子不平衡量的对应关系

经测定量，转子摆动周期为15.3s，查表1可得转子的不平衡量小于879.502×500g·mm，按本发明步骤(2)计算可得转子的不平衡量为845.35×500g·mm。为了满足转子平衡品质的技术要求，转子的不平衡量要小于491.67×500g·mm，即要求转子摆动周期大于20s即可。在采用静平衡测定转子不平衡量进行平衡校正时，转子摆动周期一般大于21s即可达到使用技术要求。

实施例二

转子二不平衡量的静平衡测定：

已知：转子重量为576kg，转子外径780mm，工作时转子转速450r/min，转子的平衡品质要求为G6.3。

根据标准GB/T 9239.1-2006，可以计算出转子的许用不平衡量为197.45×390g·mm。

为了计算转子的不平衡量，需先按步骤(3)测定转子的转动惯量J₀。按本发明步骤(3)的要求，令m₀为100g，r为390mm，测得t_+m0为14.3s，t_-m0为22.6s，t_+m0和t_-m0均为多次测量的平均值。则根据本发明步骤(3)，可得转子的转动惯量J₀为1727.65g·s²×390mm。

根据本发明步骤(2)，可以得到转子摆动周期与转子不平衡量的对应关系如表2：

表2转子二摆动周期与转子不平衡量的对应关系

经测量，转子摆动周期为17.5s，查表2可得转子的不平衡量小于236×390g·mm。按本发明步骤(2)计算可得转子的不平衡量为222.71×390g·mm。为了满足转子平衡品质的技术要求，转子的不平衡量要小于197.45×390g·mm，即要求转子摆动周期大于19s即可。在采用静平衡测定转子不平衡量进行平衡校正时，转子摆动周期一般大于20s即可达到使用要求。

实施例三

转子三不平衡量的静平衡测定：

已知：转子重量为3435kg，转子外径1420mm，工作时转子转速340r/min，转子的平衡品质要求为G6.3。

根据标准GB/T 9239.1-2006，可以计算出转子的许用不平衡量为856.054×710g·mm。

为了计算转子的不平衡量，需先按步骤(3)测定转子的转动惯量J₀。按本发明步骤(3)的要求，令m₀为500g，r为710mm，测的t_+m0为16.7s，t_-m0为272s，t_+m0和t_-m0均为多次测量的平均值。则根据本发明步骤(3)，可得转子的转动惯量J₀为11338.542g·s²×710mm。

根据本发明步骤(2)，可以得到转子摆动周期与转子不平衡量的对应关系如表3：

表3转子三摆动周期与转子不平衡量的对应关系

经测量，转子摆动周期为21.7s，查表可得转子的不平衡量小于1015.03×710g·mm。按本发明步骤(2)计算可得转子的不平衡量为950.6×710g·mm。为了满足转子平衡品质的技术要求，转子的不平衡量要小于856.054×710g·mm，即要求转子摆动周期大于23s即可。在采用静平衡测定转子不平衡量进行平衡校正时，转子摆动周期一般大于24s即可达到使用要求。

参考文献

[1]GB/T 9239.1-2006，机械振动恒态(刚性)转子平衡品质要求第1部分：规范与平衡允差的检验(ISO 1940-1：2003，IDT).

[2]JB/T 6752-1993，中小型水轮转轮静平衡试验规程.

[3]哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学(I)[M].北京：高等教育出版社，2005.