4.5 系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)
實際系統(tǒng)總存在著不平衡量，不平衡量的大小取決于整體系統(tǒng)的平衡精度。關(guān)于平衡精度各用戶都有自己的標(biāo)準(zhǔn)，但API（美國石油協(xié)會）的標(biāo)準(zhǔn)具有指導(dǎo)意義。按照API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[18]，轉(zhuǎn)子最大允許剩余不平衡量
式中n為轉(zhuǎn)子的最大工作轉(zhuǎn)速（rpm），P為軸頸靜載荷（Kg）。
按此規(guī)定，計算得到G軸的最大允許值約為9800gmm。對于電機軸轉(zhuǎn)子和齒輪聯(lián)軸器的不平衡量計算有各自的標(biāo)準(zhǔn)。為便于比較，在此也按上述規(guī)定計算，則分別為28109gmm和1158gmm。在進行系統(tǒng)不平衡響應(yīng)計算時將不平衡量分別作用于G軸的大齒輪上、聯(lián)軸器內(nèi)齒套的中部和電機軸的中部，計算步驟如下：
（1）分別計算G軸和電機軸單個轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)，計算結(jié)果見圖4.5a和圖4.5b。
（2）分別在G軸、齒輪聯(lián)軸器和電機軸上存在不平衡量，計算了耦合系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)。計算結(jié)果見圖4.6a～4.6c。
（3）分別在齒輪聯(lián)軸器和電機軸、G軸和齒輪聯(lián)軸器以及三處同時存在不平衡量，并設(shè)由此產(chǎn)生不平衡力的作用方向相同，計算了耦合系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)。計算結(jié)果見圖4.6d～4.6f。
軸承處振幅的大小是直接反應(yīng)機組平穩(wěn)運行的情況，所以在此列出了處種工況下4個軸承處的振幅。結(jié)果如圖4.7a～4.7d。圖中標(biāo)號的意義為：1—單個G軸上作用不平衡力；2—單個電機軸上作用不平衡力；3—耦合系統(tǒng)G軸上作用不平衡力；4—耦合系統(tǒng)在聯(lián)軸器上作用不平衡力；5—耦合系統(tǒng)在電機軸上作用不平衡力；6—耦合系統(tǒng)在3處同時作用不平衡力。
根據(jù)文獻[9]，機組振動都是以軸承的振動為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備制造驗收標(biāo)準(zhǔn)以美國API、日立、GB、FB（風(fēng)機專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）順序執(zhí)行。其中API617—1979中2.8.25節(jié)關(guān)于轉(zhuǎn)軸（靠近軸承的任何截面）振動標(biāo)準(zhǔn)
式中n為轉(zhuǎn)子最大轉(zhuǎn)速。
按此標(biāo)準(zhǔn)，在G軸和電機軸軸承處的振動不能大于63.8（μ）。從圖4.5a～4.5b和圖4.6a～4.6f可見，不論是用單軸還是用耦合系統(tǒng)來計算，除了在共振區(qū)域內(nèi)，上述振動標(biāo)準(zhǔn)完全滿足。
比較圖4.5a和4.6a可見，同樣在G軸的大齒輪上存在不平衡量，單軸和耦合系統(tǒng)所產(chǎn)生的響應(yīng)卻有較大的差別。用單個G軸計算，從G軸的左端開始到右軸承不平衡響應(yīng)幅值變化比較平緩，隨后迅速增大，在外伸端達到最大值；而用耦合系統(tǒng)來計算，則在G軸的左端振幅最大，比用單個G軸計算所得值在同一位置高得多，隨后迅速減小，在G軸的右軸承處振幅最小，之后又迅速增大，在外伸端達到一極值，但比用單個G軸所得值小，這一特點表明，耦合后G軸外伸端的不平衡響應(yīng)受到一定程度的抑制；從圖4.6b可知，聯(lián)軸器的不平衡量對本身的振動產(chǎn)生較大的影響，對G軸左右軸承的影響較小，當(dāng)然這與聯(lián)軸器的不平衡量密切相關(guān)，如果聯(lián)軸器的不平衡量較大，則另當(dāng)別論；由圖4.6f可見，在G軸、聯(lián)軸器和電機軸上同時存在不平衡量時，在工作轉(zhuǎn)速下，聯(lián)軸器處的響應(yīng)幅值很大，與圖4.6b相比可知，聯(lián)軸器處的振動是G軸、聯(lián)軸器本身和電機軸三處不平衡力綜合作用的反應(yīng)，聯(lián)軸器處振動過大對其可靠運行帶來不利。另外比較圖4.5和圖4.6可知，電機軸的不平衡響應(yīng)主要是由電機軸自身的不平衡造成的，G軸和聯(lián)軸器的不平衡對其影響很小。從圖4.7可見，僅在G軸上作用不平衡力，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過1000（rpm）后，用耦合系統(tǒng)計算所得G軸軸承上的振幅明顯大于用單個G軸所得值，而且隨轉(zhuǎn)速增大，變化越明顯。在工作轉(zhuǎn)速下，二軸承處的振幅前者分別是后者的1.60倍和1.66倍，這表明用單個G軸計算G軸二側(cè)軸承的不平衡響應(yīng)是不安全的，而且實際測量[18]的結(jié)果確實要比計算所得的值要大得多。另外，在軸承處的不平衡響應(yīng)，只要是用耦合系統(tǒng)進行計算，那么在非共振區(qū)各轉(zhuǎn)子的不平衡只對本身所所在二個軸承的振幅起決定作用，而對另二個軸承影響不大。這反映了在一般情況下，一側(cè)轉(zhuǎn)子的不平衡所引起的振動通過聯(lián)軸器而傳遞到另一側(cè)的振動較小，這也正是齒輪聯(lián)軸器被廣泛采用的另一個優(yōu)點。
（1）不平衡量的作用方向?qū)憫?yīng)的影響
在實際系統(tǒng)中，不平衡力的作用方向是無法預(yù)知的，不妨設(shè)系統(tǒng)不平衡力的作用方向分別如圖4.8a～4.8d所示。各處不平衡量同上。計算了在3處同時具有不平衡力，耦合系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)。結(jié)果見圖4.9a～4.9d。從中可以看出，不平衡力作用方向的不同對G軸兩側(cè)的支承軸承有一定的影響，但影響不大，對電機軸兩側(cè)的支承軸承則幾乎沒有任何影響。
（2）接觸齒寬對不平衡響應(yīng)的影響
圖4.10a～4.10d表示了接觸齒寬對不平衡響應(yīng)的影響。圖中符號：1—耦合系統(tǒng)在3處同時作用不平衡力（全齒寬接觸），2—耦合系統(tǒng)在G軸上作用不平衡力（全齒寬接觸），3—耦合系統(tǒng)在3處同時作用不平衡力（接觸齒寬為小量），4—耦合系統(tǒng)在G軸上作用不平衡力（接觸齒寬為小量）。從圖中可見，在非共振區(qū)接觸齒寬b對G軸上靠近聯(lián)軸器的右軸承影響較大，對其它軸承的振動影響要小得多。這實際上反應(yīng)了電機軸對G軸耦合程度的增加。
4.6 小結(jié)
通過對某DH型壓縮機組G軸—齒輪聯(lián)軸器—電機軸耦合系統(tǒng)的模態(tài)、穩(wěn)定性和不平衡響應(yīng)的計算和分析，可以得到如下的結(jié)論：
（1）用單個G軸進行分析，將發(fā)生嚴重的漏根現(xiàn)象，而且所得的各階復(fù)特征值有較大的誤差，相應(yīng)的各階復(fù)模態(tài)圖也有很大的變化。
（2）該機組G軸—齒輪聯(lián)軸器—電機軸耦合系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好，耦合系統(tǒng)的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速高于用單個G軸所算的值，而且首先失穩(wěn)的模態(tài)是耦合模態(tài)。聯(lián)軸器的接觸齒寬和內(nèi)阻尼對耦合系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響不大。
（3）在G軸二側(cè)支承軸承處的不平衡響應(yīng)，在相同條件下，耦合系統(tǒng)比單個G軸的振幅大，用單軸法計算不安全。因此在實際系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)該采用耦合系統(tǒng)進行不平衡響應(yīng)計算。
（4）在耦合系統(tǒng)中，一側(cè)轉(zhuǎn)子的不平衡力主要引起自身轉(zhuǎn)子的振動，而對另一側(cè)轉(zhuǎn)子的振動影響較小。
（5）在非共振區(qū)，不平衡力的作用方向?qū)︸詈舷到y(tǒng)軸承處的幅值變化影響不大，但齒輪聯(lián)軸器的接觸齒寬對G軸上靠近聯(lián)軸器軸承處的振幅有較大的影響。
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