风机叶轮动平衡测量误差分析(温爱武)

风机叶轮动平衡测量

误差分析

姓名：温爱武

学号：15SG

哈尔滨工业大学机电工程学院机械工程

2018年1月30日

风机叶轮动平衡测量误差分析

摘要：目前在风机行业中对叶轮进行平衡操作，在动平衡机上所得到的剩余不平衡量不能完全避免误差，有时存在供方提供的动平衡报告与需方所进行的复验存在较大偏差的问题，本文主要分析风机叶轮在动平衡机上进行测量产生误差的原因，并分析如何减少误差的产生，提高动平衡测量的精准度，可靠性。

关键词：动平衡、误差

风机制造过程中所需工艺较多，包含下料、成型、焊接、机加工、平衡、喷涂、装配等多种工艺。叶轮不平衡是引起风机振动的主要因素之一，对风机性能、寿命起到至关重要的作用，故叶轮平衡是风机制造的关键工序，而叶轮平衡测量数据是判定叶轮平衡是否合格的依据。

目前风机行业叶轮平衡方式分为动平衡、静平衡、力矩平衡三种方式，本文主要对针叶轮动平衡测量进行分析。

叶轮动平衡测量是在动平衡机上进行测量，动平衡机既作为生产设备对叶轮进行动平衡，又作为测量设备对叶轮进行剩余不平衡量进行测量，为操作方便，其测量值显示单位一般为g。

动平衡机的传动方式有皮带拖动，联轴器拖动和自驱动三种方式，其测量原理是在转子旋转的状态下，根据转子不平衡引起的支承振动，或作用于支承的振动力，由安装在支承上的振动传感器变为电信号传送给信号处理器，与测试系统中转子转速信号中的角度信号比较，来测量转子的不平衡量。

叶轮在动平衡测量过程中，产生误差的来源众多，将其分为三类，分别为：系统误差、随机误差、标量误差。

一、系统误差：其量值及相位能通过计算测量进行评定的误差，对误差源举

例并进行分析如下：

1.1叶轮动平衡轴或驱动轴对平衡测量误差的影响。

风机叶轮一般无轴，必须要安装到动平衡轴上才能在动平衡机上测定其不平衡量，而动平衡轴存在固有不平衡量，对叶轮平衡测量值存在影响；此外，联轴器拖动的动平衡机的万向联轴器的不平衡对叶轮平衡测量值存在影响。这项因素无法完全消除，故动平衡轴或联轴器在投入使用前要对其进行动平衡，其平衡精度要高于与其配合的叶轮的平衡等级要求，至少要求平衡精度等级≥G2.5。

1.2动平衡轴及动平衡机驱动轴径向、轴向跳动对平衡测量误差的影响。

风机叶轮不平衡是由于叶轮的质量轴与旋转轴不重合所产生，如果带动叶轮旋转的平衡轴与驱动轴存在径向、轴向跳动，包括动平衡机支撑平衡轴的滚动轴承径向与轴向跳动，都会对其产生影响，从而造成叶轮动平衡测量误差。此项因素也无法完全消除，为减少此误差产生，在每次进行叶轮动平衡测量时，要使用测量工具对动平衡轴、联轴器拖动式动平衡机的万向联轴器进行跳动检验，跳动值≤0.02mm，若不合格，需及时对其进行修理。

1.3叶轮轴套与动平衡轴配合的键与键槽设计或装配不合理对平衡测量误差的影响。

风机叶轮一般是通过键联接安装在电机轴或传动轴上，一方面风机最终使用的键与叶轮平衡使用的键质量存在差异，供、需方在进行平衡测量时使用的平衡轴用键存在差异，此外，不同厂家在对叶轮进行平衡测量时使用键的准则也不相同。为减少此项因素带来的测量误差，供、需双方需对用键准则进行规定，通常叶轮进行动平衡时，平衡轴所用键使用半键准则，并对键的质量、尺寸、样式进行规定。

1.4动平衡设备本身产生的误差。

动平衡机本身存在的不精确会对叶轮平衡造成一定的测量误差，故每次叶轮动平衡测量前，要对动平衡机使用标准转子进行校准，对所测量叶轮进行平衡标定，通过夹具补偿及0、180度变相测量方式对此类误差削减。

二、随机误差：在相同条件下进行若干次测量，误差的量值及相位的变化是不可预见的误差，对误差源举例并进行分析如下：

2.1叶轮本身零部件松动（如轴套与轮盘、叶轮上的铆接叶片）配合对平衡测量误差的影响。

叶轮有多种结构形式，仅叶轮叶片与轮毂或轮盘就有多种连接方式，如压板式、铆接式、焊接式、插销式等，若叶片连接不牢固，出现松动，或者叶轮轴套与轮盘紧固松动，叶轮在旋转时其质量轴将会发生不可预测的变化，与叶轮几何轴的相对位置产生改变，从而影响叶轮平衡测量值。为减少此误差，需对测量叶轮多次进行启、停平衡测量，且每次测量叶轮要在不同的相位角度位置启动，测量5次以上，取不平衡量读数的平均值。

2.2叶轮外界因素等对平衡测量误差的影响。

风机叶轮在生产制造过程中、运输过程中，受外界因素影响，叶轮表面可能出现油污、不清洁、表面涂层脱落、磕碰变形等各类问题，都会对平衡测量误差产生影响，特别是在同个叶轮两次测量过程中（叶轮重复测量、供需双方分别测量），为减少此误差，除对叶轮平衡测量前对其状态进行确认修补外，可以采用多次启停平衡测量取平均值的方式，每次停止时间在15-30分钟。

2.3叶轮风阻效应对平衡测量误差的影响。

风机叶轮由多个叶片组成，叶轮动平衡时按一定转速旋转会产生气动效应，

若风阻力较大，将对平衡测量的结果造成严重影响。为降低此类影响因素，风机叶轮在平衡测量时一般采用反转的方法，特殊结构的离心叶轮可以使用工装将通风口封堵起来。

2.4热效应对平衡测量误差的影响。

叶轮动平衡时消除不平衡量的有加重、去重两种方式，使用焊接与叶轮相同材质的平衡块是较常见的加重方式，打磨、钻孔是较常见的去重方式，这几种方式在平衡过程中都会产生大量的热，从而使用叶轮变形（此外还包括叶轮在平衡前一定时间内存在焊接、机加工等加工时产生的热效应变形现象），最终对平衡测量结果产生较大影响。减少此类因素影响的方法：叶轮在平衡前放置一定时间散热，或进行时效处理消除内应力，其次在平衡测量前运转10-15分钟，均衡叶轮温度，使其恢复变形。

三、标量误差：能对误差的最大量值进行评价或估算但无法确定其相位的误差，对误差源举例并进行分析如下：

3.1叶轮设计与制造公差对平衡测量误差的影响。

风机叶轮按照设计公差要求进行制作，每个叶轮尺寸都不相同，存在最大与最小极限偏差，这种偏差对叶轮平衡测量结果存在一定影响。一般情况下，在叶轮设计时要考虑到叶轮公差对风机不平衡量的最在影响在满足叶轮许用不平衡量要求范围内（如叶轮端面跳动要求、轴孔尺寸公差等）。

3.2叶轮动平衡轴与叶轮配合存在间隙对平衡测量误差的影响。

风机叶轮与动平衡轴配合动平衡时的理想状态是过盈配合，或模拟正常使用状态的过渡配合，但在平衡工序中拆装复杂，工艺性差，所以实际生产中动平衡轴与平衡叶轮通常为间隙配合，叶轮与平衡轴存在间隙，就会对动平衡测量状态