羅茨風(fēng)機(jī)振動(dòng)干擾問題研究

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山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨鼓風(fēng)機(jī)、水冷羅茨鼓風(fēng)機(jī)、油驅(qū)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、低噪音羅茨鼓風(fēng)機(jī)，贏得了市場好評和認(rèn)可。此類產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電力、污水處理、環(huán)保、化工、鋼鐵、建材、農(nóng)藥、制藥等行業(yè)。產(chǎn)品和服務(wù)遠(yuǎn)銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。

羅茨風(fēng)機(jī)的振動(dòng)是用戶和我們制造廠家共同關(guān)注的問題。振動(dòng)超標(biāo)，會(huì)使軸承溫度上升，磨損加劇，嚴(yán)重的還會(huì)使地腳螺栓斷裂，軸承箱體開裂，甚至?xí)谷~輪開裂和解體。減小振動(dòng)的最好辦法是進(jìn)行動(dòng)平衡：葉輪平衡和整機(jī)動(dòng)平衡。為什么葉輪在動(dòng)平衡機(jī)上達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，還要進(jìn)行整機(jī)動(dòng)平衡，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的振動(dòng)是由周期性的干擾力產(chǎn)生。根據(jù)機(jī)械振動(dòng)的公式：X=-F/K，在彈性形變范圍之內(nèi)，振動(dòng)的大小X與干擾力F成正比，與系統(tǒng)的剛性K成反比。
1.風(fēng)機(jī)所受的主要干擾力
風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)受到空間力系的作用。在這一力系中，不做周期性變化的力，不產(chǎn)生干擾力，如重力、軸承座對軸承的反作用力等等，它們稱為靜反力。周期性的干擾力稱為動(dòng)反力。周期性干擾力包括3種。
1.1偏心干擾力
由于制造誤差和材料不均勻等因素，使葉輪的質(zhì)心不在葉輪的圓心上，有一個(gè)偏移量e（e=OP，方向從O到P）。就使得葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)羅茨鼓力，也叫偏心干擾力。假設(shè)葉輪轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為m，角速度為ω，則偏心干擾力F=meω。而ω=nπ/30。
例m=5000kg
e=0.02mm=0.02×10-3m
n=980r/min
則F=5000×0.02×10-3×（[980×π）/30]2
≈1053.2N
干擾力F還是相當(dāng)大的。
葉輪在平衡床上做動(dòng)平衡配重，實(shí)際上是對葉輪的重心進(jìn)行調(diào)整，使重心盡量處在軸線上。但在平衡床上做動(dòng)平衡配重存在 3 點(diǎn)不足（無論是單面還是雙面）：（1）平衡床的轉(zhuǎn)速一般只有幾百轉(zhuǎn)，與實(shí)際使用時(shí)有很大的差距；（2）葉輪在平衡床做動(dòng)平衡配重，受空氣阻力的影響。如果是在真空和失重狀態(tài)下做動(dòng)平衡配重，葉輪的重心偏移量可以做得更小一些；（3）動(dòng)平衡方式的不同，使動(dòng)平衡余量不同。如平衡床上是F型傳動(dòng)做的，風(fēng)機(jī)可能是D型傳動(dòng)的。這樣，葉輪的質(zhì)心不可能完全在葉輪的幾何圓心上。
1.2氣動(dòng)干擾力
同樣，由于制造誤差和材料不均勻等原因，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，氣流作用在各葉片及葉輪各部位的作用力就不一樣，無法使它的合力等于零。這樣，就產(chǎn)生了氣動(dòng)干擾力，主要有：
1.2.1葉片的差異引起干擾力
葉輪在制造時(shí)是存在誤差的，如各葉片的角度、方向、輪盤及輪蓋的間隙都可能存在差異。由于生產(chǎn)上差異的存在，運(yùn)行時(shí)各葉片所受到的氣體反作用力之和不等于零，即∑F=F1+F2+F3+…+Fn≠0， 就產(chǎn)生了氣動(dòng)干擾力。氣動(dòng)干擾力隨轉(zhuǎn)速、風(fēng)量的增大而增大。
1.2.2輪盤、輪蓋的晃動(dòng)干擾
輪盤、輪蓋的端面跳動(dòng)要控制在一定的要求內(nèi)，目的就是要減小因晃動(dòng)產(chǎn)生的干擾。輪盤、輪蓋的晃動(dòng)將會(huì)在軸向產(chǎn)生周期性的干擾力，通過空氣的傳動(dòng)，機(jī)殼也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。
1.2.3反饋氣流的干擾力
羅茨鼓風(fēng)機(jī)的葉輪與集流器（進(jìn)風(fēng)口）之間有一定的間隙，該間隙的存在，就使一部分氣流回流。這部分氣流可以叫做反饋氣流。反饋氣流的穩(wěn)定與否，也將影響風(fēng)機(jī)的振動(dòng)。所以，安裝時(shí)要求葉輪與進(jìn)風(fēng)口之間四周的間隙均勻，重疊量要保證，目的就是使反饋氣流最小并穩(wěn)定，以減小風(fēng)機(jī)的振動(dòng)。一般來說，反饋氣流越小，風(fēng)機(jī)功效越高，反之風(fēng)機(jī)功效就低。
1.2.4機(jī)殼內(nèi)壓力分布差異
葉輪運(yùn)行時(shí)，向四周輸送的風(fēng)量是一樣的，但受機(jī)殼的限制，風(fēng)只能向一個(gè)方向移動(dòng)。因機(jī)殼各部位的空氣壓力不一樣。如果風(fēng)機(jī)在平穩(wěn)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)內(nèi)的壓力分布就比較穩(wěn)定，對風(fēng)機(jī)的振動(dòng)干擾比較小。但隨著運(yùn)行情況的改變，如轉(zhuǎn)速、風(fēng)門開度等，都會(huì)使風(fēng)機(jī)內(nèi)的壓力分布產(chǎn)生變化，從而引起振動(dòng)變化。這就是為什么改變風(fēng)門、轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)會(huì)增大或減小的原因之一。該干擾存在于運(yùn)行狀態(tài)情況的變化之中。
1.3偏心干擾力和氣動(dòng)干擾力的疊加與消除
葉輪在平衡床上以一定的轉(zhuǎn)速（低速）做動(dòng)平衡， 每個(gè)葉輪都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)，使氣動(dòng)干擾力和偏心干擾力都減小到標(biāo)準(zhǔn)的要求。但這個(gè)不平衡余量，實(shí)際上是偏心干擾力和氣動(dòng)干擾力合力的體現(xiàn)；因而，無法知道偏心干擾力和氣動(dòng)干擾力各自的大小和方向。當(dāng)風(fēng)機(jī)實(shí)際高速運(yùn)行時(shí)，偏心干擾力和氣動(dòng)干擾力也隨著增大。如果這兩個(gè)力的夾角不大于 120°或小于240°，則合力大于這兩個(gè)分力，這樣的葉輪裝機(jī)運(yùn)行，振動(dòng)就很大；如果這兩個(gè)力的夾角大于120°且小于240°，則合力小于這兩個(gè)分力，這樣的葉輪裝機(jī)運(yùn)行，振動(dòng)就較小。
所以，振動(dòng)大的，還要進(jìn)行整機(jī)動(dòng)平衡。這樣，我們就可以知道， 葉輪在平衡床上進(jìn)行了動(dòng)平衡，每只葉輪都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)。為什么還要進(jìn)行整機(jī)動(dòng)平衡？我們就可以解析， 葉輪裝機(jī)之后開機(jī)，有的一試就好；有的振動(dòng)很大，要配重；有的葉輪與機(jī)殼的位置做一定的移動(dòng)，振動(dòng)也會(huì)好一些，而對大型風(fēng)機(jī)，最好的辦法是進(jìn)行葉輪超速動(dòng)平衡。
在氣動(dòng)干擾的情況中，葉輪的晃動(dòng)干擾，氣流反饋干擾，壓力分布差異，與葉輪、機(jī)殼和進(jìn)風(fēng)口的位置關(guān)系，有人把它叫“氣隙”。偏心干擾力和氣動(dòng)干擾力組成葉輪轉(zhuǎn)子的干擾合力，分別作用于兩個(gè)軸座上。對于葉輪轉(zhuǎn)子來說，運(yùn)行條件一定，它的干擾合力也穩(wěn)定。對于F型傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)，有人曾用合力的疊加和消除來減小振動(dòng)。利用同心度誤差干擾力和轉(zhuǎn)子干擾力相互抵消來減小振動(dòng)。
2.材料剛性對振動(dòng)的影響
（1）長期處于振動(dòng)超標(biāo)的情況下運(yùn)行，會(huì)引起材料剛性的下降。（2）風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)，底座剛性太好，會(huì)引起軸承箱體的開裂。（3）風(fēng)機(jī)試車時(shí)，有時(shí)會(huì)碰到這樣的情況：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速漸漸增加，在某個(gè)轉(zhuǎn)速下，振動(dòng)一直良好，當(dāng)超過這個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)突然明顯增大。這就是風(fēng)機(jī)的材料彈性形變引起干擾力的躍變。風(fēng)機(jī)隨轉(zhuǎn)速的增加，羅茨鼓力也隨著增加，當(dāng)羅茨鼓力增加到一定程度，終于引起了葉片、主軸等的明顯的彈性形變，從而引起了偏心量的增加，偏心干擾力也明顯增大；由于葉片、主軸等產(chǎn)生明顯的彈性形變，葉片與氣流的作用力也產(chǎn)生了改變，即氣動(dòng)干擾力也產(chǎn)生了改變。當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定后，干擾力處于穩(wěn)定，又可以進(jìn)行動(dòng)平衡。這時(shí)的平衡，是對彈性形變引起的干擾力進(jìn)行平衡。但這種平衡的風(fēng)機(jī)往往會(huì)產(chǎn)生這樣的啟動(dòng)情況：剛啟動(dòng)時(shí)，振動(dòng)不大；到某個(gè)程度時(shí)，振動(dòng)特別大；風(fēng)機(jī)運(yùn)行后，振動(dòng)又不大。
3.關(guān)于風(fēng)機(jī)的對中
風(fēng)機(jī)的對中與不對中，一般認(rèn)為符合安裝要求的為對中。但我們可以進(jìn)一步的擴(kuò)展：風(fēng)機(jī)的振動(dòng)是空間力系綜合作用的結(jié)果，也可以簡化為“質(zhì)量-彈簧系”的振動(dòng)，這種振動(dòng)產(chǎn)生的形變，在彈性形變范圍內(nèi)的，我們都可以稱之為對中，反之為不對中。判斷風(fēng)機(jī)的振動(dòng)形變是否運(yùn)行在彈性形變范圍內(nèi)，與“質(zhì)量-彈簧系”相比，要復(fù)雜的多。聯(lián)軸器同心度誤差、水平度誤差偏大，地腳螺栓及其它固定（下轉(zhuǎn)第154頁）（上接第15頁）螺栓松動(dòng)，軸承損壞，水泥基礎(chǔ)剛性不夠，葉輪材料疲勞等。這些都可能使風(fēng)機(jī)（整體）的振動(dòng)不在彈性形變范圍內(nèi)?，F(xiàn)場動(dòng)平衡難做，主要在如何判斷風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行在彈性形變范圍內(nèi)。了解了風(fēng)機(jī)葉輪的受力情況，同時(shí)又能夠判斷風(fēng)機(jī)振動(dòng)的形變是否運(yùn)行在彈性形變范圍內(nèi)，使現(xiàn)場做動(dòng)平衡也相對簡單。
4.結(jié)論
羅茨鼓風(fēng)機(jī)的動(dòng)平衡首要的條件是風(fēng)機(jī)要運(yùn)行在彈性形變范圍之內(nèi)，其次是振動(dòng)干擾力要在穩(wěn)定的狀態(tài)下。在這樣的條件下，初始的振動(dòng)數(shù)據(jù)和試重振動(dòng)數(shù)據(jù)才是可靠、可用的，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜的空間力系才可以簡化為“質(zhì)量-彈簧系”，符合X=-F/K的要求，風(fēng)機(jī)的動(dòng)平衡也就變得容易和簡單了。

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