現(xiàn)場動平衡技術(shù)在設(shè)備檢修中的應(yīng)用

高俊蘭

摘 要：不平衡是旋轉(zhuǎn)機械的主要故障之一，轉(zhuǎn)子不平衡引起的故障約占全部機械故障的50%，清除機械不平衡故障最方便的手段就是進行現(xiàn)場動平衡。907是一種經(jīng)濟型動平衡儀，它的功能由兩部分組成：頻譜分析和現(xiàn)場動平衡。它可以測量和存儲振動的加速度、速度、位移、高頻加速度包括的特征值及其波形，自動對這些數(shù)據(jù)值進行運算處理，從而在現(xiàn)場進行簡易故障診斷和現(xiàn)場動平衡。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場動平衡；故障診斷；應(yīng)用實例

1.概況

現(xiàn)場動平衡技術(shù)是對旋轉(zhuǎn)機械在與其工作狀態(tài)相同或接近的轉(zhuǎn)速、安裝條件、支承條件和負載情況下，進行振動測量和平衡校正的一種平衡方法。其工作原理是利用安放試探質(zhì)量臨時改變轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，測量由此引起的軸承振動大小和相位變化，由試探質(zhì)量的影響效果確定出真正需要的校正質(zhì)量大小和安放位置。

1.1單面動平衡的原理

907的單面平衡采用了影響系數(shù)法，又叫轉(zhuǎn)子的單面測相平衡法。顧名思義，在測量轉(zhuǎn)子基頻率震動的幅值時，還需要對基頻震動的相位進行測量。對轉(zhuǎn)子進行單面動平衡的工作流程如下圖

具體步驟為：

（1）首先測取轉(zhuǎn)載在工作轉(zhuǎn)速下的出事基頻振動矢量A0。

（2）選擇合適的試重M加到轉(zhuǎn)子上，測量加試重后轉(zhuǎn)載在相同轉(zhuǎn)速下的振動矢量A1。

（3）轉(zhuǎn)子上應(yīng)加平衡重量（矢量形式）按下式計算：Q-M×A0/（A1-A0）

由于轉(zhuǎn)子不平衡離心力與轉(zhuǎn)速有關(guān)，動平衡過程中，所有的振動測量都應(yīng)保證在同一轉(zhuǎn)速下進行。

1.2 雙面動平衡的原理

幾乎所有的單跨轉(zhuǎn)子的平衡都可用雙面動平衡法實現(xiàn)，單面平衡也是雙面平衡的一個特例。

進行轉(zhuǎn)子的雙面動平衡時，需要兩個加試重平面以及兩個測試點。907雙面動平衡采用的仍然是影響系數(shù)法。與單面動平衡不同的是，在其中的一個面上加試重時，需要同時對兩個測點的振動進行測量。這樣，雙面動平衡法將有四個影響系數(shù)。

雙面動平衡工作步驟大致如下：

（1）測量兩個測點的初始振動。

（2）第一面加試重，測量兩個測點的振動。

（3）第二面加試重，測量兩個測點的振動。

（4）計算出影響系數(shù)，給出平衡配重結(jié)果。

（5）如果已知道影響系數(shù)，則可越過步驟2和3，直接輸入影響系數(shù)，得到平衡配重結(jié)果。

2.現(xiàn)場動平衡故障的識別

旋轉(zhuǎn)機械的故障類型多種多樣，據(jù)統(tǒng)計，設(shè)備故障的起因75%以上由不平衡引起的。在現(xiàn)場對某一設(shè)備進行動平衡校驗前，首先要判斷故障的類別。轉(zhuǎn)動設(shè)備若發(fā)生軸彎曲、不對中、機械松動和軸裂紋等故障時，無法使用現(xiàn)場動平衡技術(shù)校驗。頻譜分析和相位分析方法的結(jié)合使用，可以提高故障診斷準確性。

2.1 相位分析

一般的轉(zhuǎn)子不平衡將產(chǎn)生一個均勻的旋轉(zhuǎn)力，此力的方向連續(xù)變化，但始終作用在徑向方向。因此，軸和支承軸承趨向于以某一圓周軌道運動，水平方向振動通常大于垂直方向振動，一般在2～3倍左右，水平和垂直方向的相位差約為90度，不平衡故障分為靜不平衡、偶不平衡和動不平衡三種類型。

2.2 頻譜分析

轉(zhuǎn)子不平衡狀態(tài)的現(xiàn)場測量，應(yīng)從軸的垂直和水平方向著手分別進行，頻譜圖中通常反映出不平衡部件轉(zhuǎn)速1 倍頻率的振動。通常，這個1倍頻轉(zhuǎn)速頻率的振動尖峰在頻譜中占優(yōu)勢，基本上無其他頻率分量，或其他分量較小。當(dāng)故障僅限于不平衡時，1倍頻的振動尖峰值通常大于或等于振動總幅值的80 %；當(dāng)同時存在不平衡及其它故障時，則可能僅為振動總幅值的5 %～80 % ，且水平方向的振動大于垂直方向振動的50 %以上。

3.現(xiàn)場動平衡的應(yīng)用

3.1 振動測試及故障診斷

現(xiàn)場動平衡校驗的測量方法是在轉(zhuǎn)子支承點上用加速度傳感器測取振動信號， 通過速度傳感器測取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子振動角度信號，角度測量以轉(zhuǎn)子上一個固定參考標記做為基準，將兩組信號傳入907數(shù)據(jù)采集儀，通過該數(shù)據(jù)采集儀提供的現(xiàn)場動平衡應(yīng)用軟件進行數(shù)據(jù)處理，最終得出校驗結(jié)果。

我廠三燒車間1#主抽中修后運行不穩(wěn)，經(jīng)常出現(xiàn)振動報警，被迫停車后，經(jīng)分析是葉輪不平衡引起，用現(xiàn)場動平衡方法對葉輪進行效驗。通過振動測試及頻譜分析發(fā)現(xiàn)： ①水平振動大于垂直振動，振動幅值相差近3倍；②基頻161875 Hz處的振動能量最高，峰值達81165 mm/ s ，占總幅值的78 % ，其它頻率分量小，可以排除機械松動、不對中等故障； ③0～5000 Hz 處無分量，排除軸承損壞故障。測試相位分析發(fā)現(xiàn)，垂直和水平方向相位相差90°。

得出結(jié)論：1#主抽風(fēng)機振動異常為葉輪結(jié)垢不勻造成的不平衡故障。

停機檢查發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機葉輪結(jié)垢嚴重。經(jīng)過處理后，發(fā)現(xiàn)葉輪有輕度磨損。造成葉輪質(zhì)量分布不均，導(dǎo)致風(fēng)機出現(xiàn)不平衡故障。

3.2 現(xiàn)場動平衡操作步驟

（1）停機狀態(tài)下在聯(lián)軸器輪轂處貼上反光貼紙，以標出相位角，并架好平衡儀 。

（2）根據(jù)風(fēng)機葉輪的幾何尺寸和工作轉(zhuǎn)速，決定對該風(fēng)機進行單面平衡，相角的測量設(shè)置為與風(fēng)機葉輪轉(zhuǎn)動的方向相反，試重設(shè)置為保留。

（3）啟動風(fēng)機，待轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，測量初始振動值及相位。

（4）停機，打開觀察孔，將試重塊焊在葉輪左邊棱緣的180°處，蓋好觀察孔，在907儀器上輸入左邊試重塊重量和相位180°，開機待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后讀取左邊試重讀數(shù)。

（5）停機，打開觀察孔， 907平衡儀即自動計算該風(fēng)機葉輪需加配重的重量和位置，屏幕上即顯示出不平衡的重量和位置。

（6）停機，打開觀察孔，將配重塊焊在葉輪左邊棱緣處 ，蓋好觀察孔。

（7）啟動風(fēng)機， 待運行平穩(wěn)后， 測得左振動值，振動已明顯下降，頻譜圖顯示，設(shè)備故障排除。

4.結(jié)束語

現(xiàn)場動平衡技術(shù)能夠有效地用于有配重條件的設(shè)備上，如風(fēng)機可在葉輪上焊配重塊等?？傊?，現(xiàn)場動平衡技術(shù)在設(shè)備檢修中的應(yīng)用效果是顯而易見的，對于抽煙風(fēng)機和除塵風(fēng)機這類關(guān)鍵設(shè)備，葉輪的承載面極易磨損，造成失衡現(xiàn)象。利用現(xiàn)場動平衡技術(shù)校驗后，原有設(shè)備仍可滿負荷、長周期的運行。設(shè)備的安全、穩(wěn)定、長期、滿負荷運行直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益，而現(xiàn)場動平衡技術(shù)不失為一種既減輕工人勞動強度、節(jié)約檢修時間，又減少耗材的好方法。

參考文獻：

[1]設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷[M].北京盛迪振通科技有限公司