CN102628725A - 涡旋压缩机动平衡专机 - Google Patents

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彭斌
赵嫚
李超
张洪生
张力
郑玉巧
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Lanzhou University of Technology
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Abstract

涡旋压缩机动平衡专机，偏心轴(6)放置在径向支撑(16、13)上，与偏心轴(6)松配合；动平衡主机中的动涡旋盘(2)在防自转机构(3)和支架(17)的互相配合下，通过偏心轴(6)的驱动实现公转平动，挡块(20)浮动于动平衡机座(10)上，挡杆(9)配合径向支撑(16、13)以及挡块(20)来防止偏心轴(6)轴向跑偏，电机通过皮带(14)带动偏心轴(6)旋转，大平衡铁(5)和小平衡铁(8)采用热装的形式固定于偏心轴(6)上；根据光电传感器(11)的信号来提取主轴转速和角度信息，根据位于径向支撑(16、13)上的振动传感器(12、15)来提取振动信号，测试系统根据偏心轴(6)的转速、角度和振动幅值确定转子系统的不平衡量和位置。

Description

涡旋压缩机动平衡专机
技术领域
本发明涉及动平衡领域，尤其涉及涡旋压缩机动平衡。
背景技术
如图1所示，为涡旋压缩机系统结构图，涡旋压缩机的动涡旋盘2和静涡旋盘1的型线交错在一起，静涡旋盘1与支架体4相连，动涡旋盘2浮动在静涡旋盘1与支架体4之间，动涡旋盘2在防转机构3的约束下相对静涡旋盘1作公转平动。皮带轮7通过偏心轴6带动动涡旋盘2运动，动涡旋盘2的公转转速与偏心轴6转速相同。偏心轴6与动涡旋盘2、大平衡铁5、小平衡铁8以及防转机构(3)构成了一个特殊的转子系统。和其它转子系统相同，不平衡的旋转质量会产生不平衡的离心惯性力，在运转过程中，偏心轴6上的不平衡质量所产生的离心力就会使动涡旋盘2和静涡旋盘1的涡旋齿过度接触，磨损加剧，可能发生涡旋齿的胶合；除此之外，离心惯性力通过轴承作用到机体及其基础上，引起机器振动，从而增大噪声、增加能耗、加速轴承的磨损和降低机器的寿命，严重时能造成破坏性事故。
因此，对涡旋压缩机转子系统进行严格的平衡设计，是降低机器振动、提高其使用安全性、可靠性、寿命和效率的最重要措施之一，也是实现低振动、低噪声的根本保证。但造成转子系统不平衡的因素很多，例如：转子材质的不均匀性，加工及装配中产生的误差，甚至设计时就具有非对称的几何形状等。目前主要是通过理论计算和精确的加工来保证转子系统的平衡，但这些因素造成的不平衡量一般都是随机的，无法进行完全精确的理论计算，因此，仅有理论计算(计算也会存在误差)还不足以满足工程实际需要，必须通过动平衡试验来测定和校正在制造中因加工装配误差和材料质量偏差所造成的新的不平衡量，使其达到允许的平衡精度等级，或使因此产生的机器振动幅度下降到允许的范围内，这样才能保证产品质量，提高产品在市场上的竞争力。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡旋压缩机动平衡专机。
本发明是涡旋压缩机动平衡专机，包括涡旋转子系统的模拟工装机构和动平衡主机，模拟工装机构完全模拟涡旋压缩机动涡旋盘2的公转平动，偏心轴6放置在能够上下移动位置的第一径向支撑16和第二径向支撑13上，滚针轴承18提前固定安装在动涡旋盘2上，与偏心轴6松配合；动平衡主机中的动涡旋盘2在防自转机构3和支架17的互相配合下，通过偏心轴6的驱动实现公转平动，能够左右移动的挡块20替代静涡旋盘1浮动于动平衡机座10上，挡杆9通过球头连接进行位置调节，挡杆9配合第一径向支撑16和第二径向支撑13以及挡块20来限制防止偏心轴6的轴向跑偏，电机通过皮带14带动偏心轴6进行旋转，速度的控制采用变频调速的方法，大平衡铁5和小平衡铁8采用热装的形式固定于偏心轴6上；动平衡主机根据光电传感器11的信号来提取主轴转速和角度信息，根据位于第一径向支撑16和第二径向支撑13上的第一振动传感器12和第二振动传感器15来提取振动信号，测试系统根据偏心轴6的转速、角度和振动幅值来确定转子系统的不平衡量和位置。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：所述的涡旋压缩机动平衡专机，其针对涡旋转子的特殊结构设计的专用动平衡机。涡旋压缩机动平衡专机是在通用动平衡机的基础上完全模拟动涡旋盘的运动，使动平衡试验与涡旋压缩机的实际运转完全吻合，有效的降低了转子系统在高转速和变转速运行过程中的振动和噪声。很大程度上提高了整机的稳定性和性能指标。
附图说明
图1为涡旋压缩机系统结构图，图2为动平衡原理图，图3为涡旋压缩机转子系统平衡示意图，图4为涡旋压缩机动平衡专机的结构图。
具体实施方式
涡旋压缩机转子的动平衡试验分为两步，第一步先进行严格的理论计算，第一步理论计算完成后就可以在动平衡专机上进行试验。
如图2所示，根据力的等效原理：作用于构件上某点的力，可向构件上任意另两点分解。则动平衡中各力F1、F2、F3向两个选定的平衡面上进行分解，最终合成的力以两个集中不平衡量Fb′和Fb″的形式完全表现出来。也即所有不平衡量的作用，相当于由这两个集中不平衡量所引起。对这两个集中不平衡量进行平衡，动不平衡转子就达到了完全的平衡。
涡旋转子系统的平衡采用动涡旋盘2的静平衡结合双面动平衡来实现，先将动涡旋盘2的重心通过静平衡移到中心轴线上，与偏心轴6的轴头的中心重合，然后采用双平面、变转速、逐步平衡的方式来进行动平衡。
图3所示为涡旋压缩机转子系统平衡示意图，动涡旋盘由于涡旋齿具有偏心的结构特点，使得重心不在其中心，所以先进行静平衡，运用理论力学的重心原理在动涡旋盘选定的面上加减重量，使动涡旋盘的几何重心回归到偏心轴的回转轴线。
然后根据动平衡原理：
Fa＝Fc+Fp+Fb
Faha+Fbhb＝Fphp+Fchc
最终就可通过理论计算来确定涡旋压缩机转子系统的大平衡铁5、小平衡铁8的质量、形状和位置。在选取的两个特定面上装配平衡铁，理论上涡旋压缩机转子已经平衡了，但由于在实际制造过程中因加工装配误差和材料质量偏差所造成的新的不平衡的影响，使得转子系统实际上还不是完全平衡的，而涡旋压缩机对平衡的要求比较高，所以转子系统必须在动平衡机上进行平衡后才能达到完全平衡，最终满足设计运行要求，保证产品质量，提高市场竞争力。
第二步就是在动平衡专机上进行试验。由于涡旋转子系统的特殊性，动平衡的结构设计比较复杂，不能在普通动平衡机上用一般方法来完成试验。
所以本发明针对这一难题设计了涡旋压缩机动平衡专机，如图1、图4所示，涡旋压缩机动平衡专机包括转子系统的模拟工装机构和动平衡主机，模拟工装机构完全模拟涡旋压缩机动涡旋盘2的公转平动，偏心轴6放置在第一径向支撑16和第二径向支撑13上，第一径向支撑16和第二径向支撑13可以进行上下位置调整，从而确保偏心轴6的水平，滚针轴承18提前固定安装在动涡旋盘2上，与偏心轴6松配合。动平衡主机中的动涡旋盘2在防自转机构3和支架17的互相配合下，通过偏心轴6的驱动实现公转平动，也防止了动涡旋盘2的自转，防自转机构3的固定可以根据结构不同采用电磁技术(滚珠)或机械结构(十字环、小曲拐)方式来实现，挡块20替代静涡旋盘1浮动于动平衡机座10上，挡块20可以左右移动，以此来限制动涡旋盘2的轴向位置。挡杆9可以通过球头连接进行位置调节，挡杆9配合第一径向支撑(16)和第二径向支撑13以及挡块20来防止偏心轴6的轴向跑偏，电机通过皮带14带动偏心轴6进行旋转，速度的控制采用变频调速的方法。大平衡铁5和小平衡铁8采用热装的形式固定于偏心轴6上。动平衡主机根据光电传感器11的信号来提取主轴转速和角度信息，根据位于第一径向支撑16和第二径向支撑13上的第一振动传感器12和第二振动传感器15来提取振动信号，测试系统根据偏心轴6的转速、角度和振动幅值来确定转子系统的不平衡量和位置。
在进行动平衡时，还需要研究剩余不平衡量对轴系振动的影响，当剩余不平衡量达到极限小，偏心轴6的作用力完全平衡时，气体力产生的振动全部作用在轴承上，可能会产生更大的振动，所以最终剩余不平衡量是通过与具体涡旋压缩机气体力变化来共同确定的，这也是最终实际生产中提供剩余不平衡量的范围和标准。由于防自转机构3可以替换，挡块20、挡杆9以及第一径向支撑16和第二径向支撑13都可以调节，所以动平衡专机可以适应不同规格涡旋转子的动平衡实验，实验中可以在专机上直接进行平衡铁质量的增减，动平衡专机的屏幕上会显示不平衡质量的位置和大小。由于加工、装配和计算的误差综合起来，转子的开始不平衡质量比较大，如果开始转速太高会因振动太大而损坏动平衡机，所以采用变转速的方法，从低转速开始进行平衡，逐渐提高转子的转速，直到达到要求的平衡转速，最终完成动平衡试验。

Claims (2)

1.涡旋压缩机动平衡专机，包括涡旋转子系统的模拟工装机构和动平衡主机，模拟工装机构完全模拟涡旋压缩机动涡旋盘(2)的公转平动，其特征在于偏心轴(6)放置在能够上下移动位置的第一径向支撑(16)和第二径向支撑(13)上，滚针轴承(18)提前固定安装在动涡旋盘(2)上，与偏心轴(6)松配合；动平衡主机中的动涡旋盘(2)在防自转机构(3)和支架(17)的互相配合下，通过偏心轴(6)的驱动实现公转平动，能够左右移动的挡块(20)替代静涡旋盘(1)浮动于动平衡机座(10)上，挡杆(9)通过球头连接进行位置调节，挡杆(9)配合第一径向支撑(16)和第二径向支撑(13)以及挡块(20)来防止偏心轴(6)的轴向跑偏，电机通过皮带(14)带动偏心轴(6)进行旋转，速度的控制采用变频调速的方法，大平衡铁(5)和小平衡铁(8)采用热装的形式固定于偏心轴(6)上；动平衡主机根据光电传感器(11)的信号来提取主轴转速和角度信息，根据位于第一径向支撑(16)和第二径向支撑(13)上的第一振动传感器(12)和第二振动传感器(15)来提取振动信号，测试系统根据偏心轴(6)的转速、角度和振动幅值来确定转子系统的不平衡量和位置。
2.根据权利要求1所述之涡旋压缩机动平衡专机，其特征是涡旋转子系统的平衡采用动涡旋盘(2)的静平衡结合双面动平衡来实现，先将动涡旋盘(2)的重心通过静平衡移到中心轴线上，与偏心轴(6)的轴头的中心重合，然后采用双平面、变转速、逐步平衡的方式来进行动平衡。
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