动平衡在紧张热定型机上的应用探讨

摘要：本文结合天津分公司化工部20万吨聚酯短丝装置实际，对紧张热定型机辊筒前端盖加配重及动平衡进行详细的计算，作为设备检修的理论依据。

关键词：紧张热定型机辊筒 动平衡 重心偏距 不平衡量 平衡等级指标 计算 转速 质量 离心力 配重 积分

中图分类号：TU318+.4 文献标识码：A 文章编号：

一、动平衡的概念

动平衡是指当转子相对于轴线的质量分布均匀，在绕其轴线转动时产生的离心力达到平衡的状态。

二、动平衡在实际生产中的作用

动平衡在实际生产中意义重大。

以天津分公司化工部短丝车间举例说明，短丝车间有各种动设备近600台，频繁出故障的部位如卷曲机万向联轴节、卷曲辊、循环泵泵轴、各种电机的转子、风机的叶轮、牵伸机以及紧张热定型机辊筒和轴等等，都是高速运转的零部件，如果转动部件达不到动平衡的指标，就会在运转中产生振动，严重则会对设备造成损坏，不但造成经济损失，而且影响设备运转率，进而影响生产。

三、跟动平衡有关的参数

1、G：平衡等级指标（单位：mm/s）

2、M：物体质量（单位：g）

3、W：角速度（单位：s-1）

4、N：转速（单位：r/min）

5、m：不平衡质量（单位：g）

6、r：不平衡质量的回转半径（单位：mm）

7、e：重心偏距（单位：mm）

8、U：不平衡量（单位：g.mm）

9、F：离心力（单位：N）

10、y：振幅（单位：mm）

11、l：力臂（单位：mm）

四、跟动平衡有关的计算公式

1、G=eW

2、e=G/W=U/M

3、U=mr=Me

4、F=UW2

5、W=2ΠN

6、y∝mW2rlsin（Wt+θ）

五、紧张热定型机辊筒加配重

中国石油化工股份有限公司天津分公司化工部短丝车间后加工工段19辊紧张热定型机辊筒（如图1）就经过了动平衡处理，每个辊筒为了给离心力小的一侧增加配重，在前端盖焊接上了一节弧形的钢条（如图2）。

配重添加为一个弧形，是为了保证辊筒在围绕中心轴高速运转时，它所受的离心力均匀。

图1：化工部短丝车间后加工紧张热定型机辊筒外观图

六、用百分表指针的摆动幅度来估算平衡等级指标

如果在正常生产车速V（270m/min）下使用百分表打辊筒离端面100mm处的径向跳动，测得振动幅度为-0.20~0.20mm（如图3）。

图2：化工部短丝车间后加工紧张热定型机辊筒前端示意图

图3：辊筒的径向跳动示意图

可以认为该辊筒的重心偏距e=0.20mm

半径R=400mm（图2）

V=270m/min=4500mm/s

W=V/R=4500mm/s÷400mm=11.25s-1

得出辊筒的平衡等级指标G=We=0.20mm×11.25 s-1=2.25mm/s

值得一提的是，使用百分表来测量该辊筒的重心偏距不是很准确，因为没有考虑轴承本身的游隙、辊筒的连接方式、运转方式等等，这样的计算结果仅仅可供参考。

七、由已知平衡等级指标来计算重心偏距

如果我们已经知道辊筒的平衡等级指标G=0.5mm/s，那么我们可以计算得出正常车速下辊筒的重心偏距。

V=270m/min=4500mm/s

W=V/R=4500mm/s÷400mm=11.25s-1

e=G/W=0.5mm/s÷11.25s-1=0.04mm=40μm

从这里可以看出，如果辊筒能达到G=0.5mm/s的平衡等级指标，在正常生产车速下，排除其他干扰，肉眼是几乎看不出辊筒的抖动的。

八、由配重来计算做动平衡之前的转子的平衡等级指标

如果已经知道焊接的弧形钢条的内径为480mm，外径为540mm，材质为碳钢，厚度为40mm，弧形钢条的角度为90°，辊筒内壁平均厚度为350mm，那么怎么样才能计算出辊

图4：辊筒垂直方向的振幅与配重所受离心力在垂直方向上的分力大小成正比

筒在做动平衡之前的平衡等级指标呢？

由于辊筒垂直方向的振幅与配重所受离心力在垂直方向上的分力大小成正比（如图4），用公式表示为：

y∝F2

F2=dm.cosθ.g

这样，可以计算不平衡质量得m

m=F2/g=dm.cosθ

这样，可以计算得不平衡量U

U=mr=rdm.cosθ

按照辊筒的密度ρ=7.85×103Kg/m3计算

不平衡量U=mr

=

=40ρ[r]

=40×7.85×1000×10-9×[r] [sinθ]

=40×7.85×1000×10-9××[2703-2403]×[+]

=148×10-6×[19683000-13824000]

=867.132g.mm

接下来计算辊筒的质量M

如图1所示，辊筒可以分为两个空心的圆柱体，均为规则立体图形，方便计算。

M=ρπ（4002-3702）.1813+ρπ[（）2-4002].100

=7.85×1000×10-9×41880300+ 7.85×1000×10-9×65863×100

=380.46Kg

这样得重心偏距e

e=U/M=867.132÷380460=0.0023mm

由此得辊筒在没有做动平衡之前正常车速下的平衡等级指标G

G=We=11.25×0.0023=0.0258≈0.03mm/s

如果知道该辊筒的平衡等级指标，按照这个计算方法反推，可以计算出，添加配重的位置，配重的体积、质量等等。

九、结论

通过平衡等级指标，振幅，重心偏距，转速，配重以及转动设备的材质，长度，外径等技术指标，我们可以互算，得出对我们有用的数据，从而判断设备运转情况的好坏以及设备本身是否存在缺陷。

通常我们使用百分表测量得出的振幅与平衡等级指标虽然很相似（振幅越大，平衡等级指标不一定就越大，平衡等级指标越大，振幅就一定越大），但他们是两个不同的概念，他们的单位也不同，前者是mm，后者是mm/s，影响前者的因素很多，包括转子本身，轴承，轴，悬臂法兰的紧固程度等等，后者就只跟自身的做工有关，只有当转子绕轴向的离心力达到合力为0的情况下，转子本身的平衡等级指标才能达到0mm/s的极限，当然，这是个永远达不到的理想状态了。