可同步双转子系统动平衡实验装置的设计与开发

　　螺旋卸料沉降离心机是一类特殊的双转子系统, 它由速差很小的两个转子组成。内螺旋通过滚动轴承安装在转鼓的内壁, 转鼓通过滚动轴承安装于轴承座上。内外转子可以通过差速器在小范围内调节速差。当差速器脱开时, 可以方便地通过调整差速器过渡法兰的连接方式, 实现内、外转子的同步转动。由于缺少相应的动平衡设备, 该类转子系统在生产和使用过程中一直受到不平衡引起的拍振困扰, 如何解决该类双转子系统的不平衡振动问题具有十分重要的现实意义[1]。针对实际卧螺离心机内、外转子能实现不同错位条件下同步运行的特点, 浙江大学化机研究所张志新老师提出了该类双转子系统内、外转子不平衡量快速识别方法, 其基本原理是将同步运行的内、外转子等效成一个单转子系统, 使系统在两种错位方式下作同步转动, 并对其进行整机平衡分别求取系统在不同错位条件下的等效合不平衡量, 根据错位条件下等效合不平衡量与内、外转子实际不平衡量之间的关系, 识别出内、外转子的不平衡量。该法的研究得到了国家自然科学基金的资助, 为配合国家基金实验研究的需要, 笔者从机械结构与测试系统框架两个方面详细讨论了可同步双转子动平衡实验装置的设计。

　　1 机械结构设计

　　1.1 总体结构设计

　　由上述国家基金提出的内、外转子不平衡量快速识别方法的原理知, 所设计的实验装置必须具有以下特点:

　　( 1) 实验装置具有类似卧螺离心机的转子动力学特性。

　　研究可同步双转子的动平衡方法, 最终是为了解决卧螺离心机的现场整机动平衡问题。将实验装置设计成具有类似卧螺离心机的转子动力学特性, 有利于深入研究卧螺离心机的不平衡振动特性。

　　( 2) 内、外转子能实现不同转速条件下的差速旋转和任意错位角度同步旋转。

　　当内、外转子差速旋转时, 内、外转子的不平衡量可以通过相关分析方法识别出来[2];当装置以任意错位角度同步旋转, 可以采用国家基金提出的方法, 识别出内、外转子的不平衡量。可见将装置设计成能差速旋转和同步旋转, 主要是为了进行对比实验, 用于验证国家基金提出的识别方法的有效性和精度。

　　( 3) 装置能方便拾取平衡所需的振动信号和内、外转子的基准信号, 同时要求能方便地对内、外转子进行配重。

　　根据上述要求, 结合实际卧螺离心机, 设计出如图 1 所示的可同步双转子系统动平衡实验装置。该实验装置主要由转鼓、端盖和内转子等三部分构成。内转子左端通过端盖上的孔伸出转鼓, 由电机 1 驱动内转子转动, 外转鼓由右边的电机驱动。下面结合动平衡测试的要求, 具体介绍转鼓、内转子和转鼓端盖的设计。