淺談轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡技術(shù)

史寰威

摘 要：隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)越來越大化；高速化；自動化。特別是電力，石化，冶金等工業(yè)。設(shè)備投資越來越大，連續(xù)生產(chǎn)越來越長。機械設(shè)備因振動過大而停機會造成重大的損失。所以現(xiàn)場對機械設(shè)備的振動處理就顯得十分重要。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子 動平衡 振動

中圖分類號：TH113 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（c）-0131-02

轉(zhuǎn)動機械在運行中有一項重要指標(biāo)，就是振動。振動要求越小越好。轉(zhuǎn)動機械產(chǎn)生的振動原因很復(fù)雜。轉(zhuǎn)動機械的轉(zhuǎn)動部分（轉(zhuǎn)子）質(zhì)量不平衡而引起的振動最為普遍。

1 平衡品質(zhì)G測定準(zhǔn)則

距ISO標(biāo)準(zhǔn)，由軸承支承的旋轉(zhuǎn)體稱為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子多為轉(zhuǎn)動機械中的主要旋轉(zhuǎn)部件。平衡就是通過改變轉(zhuǎn)子本體的質(zhì)量分布的方法。是轉(zhuǎn)子的慣性軸和旋轉(zhuǎn)軸重合到一起?；蛘哒f使轉(zhuǎn)子的慣性軸和旋轉(zhuǎn)軸之間的偏心距小到允許的范圍之內(nèi)。

平衡的目的使由不平衡量引起的機械振動。軸撓度和作用于軸承的力低于允許植。

轉(zhuǎn)子存在質(zhì)量不平衡，即其慣性軸和旋轉(zhuǎn)軸之間的偏心距e≠0。那么轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速越高，它的離心力也越大。因此，它造成的振動也越大。在平衡技術(shù)中。用轉(zhuǎn)子的偏心距e和轉(zhuǎn)子的角速度（的乘積來評價轉(zhuǎn)子的優(yōu)良程度，并把乘積植叫做平衡精度。單位mm/s。

轉(zhuǎn)子的離心力F=me2

m轉(zhuǎn)子的質(zhì)量；e轉(zhuǎn)子的偏心距；轉(zhuǎn)子的角速度。

我國汽輪機的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定汽輪機轉(zhuǎn)子的平衡品質(zhì)為G2.5級。轉(zhuǎn)子的狀態(tài)。SU≤2.5 mm/s。對于以相同的圓周速度運行的幾何形狀相似的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子內(nèi)的應(yīng)力和軸承載荷比（有離心力產(chǎn)生）是相同的。即同樣的平衡品質(zhì)，其e是相同的由此可見?？梢杂胑值作為平衡品質(zhì)的衡量尺度。我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也采用了這一衡量尺度。

2 現(xiàn)場動平衡的基本原理和注意事項

從理論來講，轉(zhuǎn)子沿其軸的長度每一段的重心應(yīng)與幾何中心線重合。實際上，轉(zhuǎn)子的材料內(nèi)部組織不均，加工過程中產(chǎn)生的誤差；轉(zhuǎn)子在運行中的磨損和腐蝕不均及修理過的轉(zhuǎn)子。均使轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。質(zhì)量不平衡的轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動過程中，就會產(chǎn)生不平衡力。尤其在高速運行的轉(zhuǎn)子，即使轉(zhuǎn)子存在很小的質(zhì)量偏心，也會產(chǎn)生很大的離心力。這個力通過支承部件，以振動的形式表現(xiàn)出來。長期不正常的振動，會使機組金屬材料疲勞而損壞。轉(zhuǎn)子上的緊固件發(fā)生松動。間隙小的裝配件動靜部分發(fā)生摩擦使軸發(fā)生彎曲等。振動過大，哪怕是時間很短也不允許。尤其是對高轉(zhuǎn)速大容量機組，其后果更為嚴(yán)重。

轉(zhuǎn)子分為剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子。雖然定義明確。但并不是具有明顯的分界性。例一根轉(zhuǎn)子在低速下可以稱為剛性轉(zhuǎn)子；在高速下可以稱為柔性轉(zhuǎn)子。就平衡而言，需要考慮的僅僅是相對軸線不對稱的轉(zhuǎn)子質(zhì)量單元的位置變化。

2.1 現(xiàn)場動平衡對設(shè)備工作環(huán)境的基本要求

在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，能夠進行多次啟停車運行，這個是動平衡必需的。

能夠在轉(zhuǎn)子上進行加重或減重的工作。

能夠安裝測量振動的傳感器。

2.2 剛性轉(zhuǎn)子現(xiàn)場高速動平衡

首先判斷轉(zhuǎn)子的初始軸彎曲是否符合技術(shù)要求。所謂轉(zhuǎn)子軸彎曲是指在冷態(tài)和靜態(tài)的條件下，轉(zhuǎn)子各橫截面的幾何中性線和轉(zhuǎn)子兩端軸承的中心連線不重合，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生質(zhì)量偏心。在大中型電動機組中，通常用盤車時和盤車后測量的轉(zhuǎn)軸晃度大小來判斷轉(zhuǎn)子是否存在初始軸彎曲。

現(xiàn)場動平衡方法按照平衡面的數(shù)量可分為單面平衡；兩面平衡和多面平衡。兩面動平衡是最典型的動平衡的方法。很多平衡機都有兩面動平衡的標(biāo)準(zhǔn)程序。在現(xiàn)場動平衡中，也經(jīng)常用到兩面動平衡。

下面簡單介紹一下剛性轉(zhuǎn)子的兩面動平衡。

剛性轉(zhuǎn)子可以在任意轉(zhuǎn)速下，任意兩個平面下，進行現(xiàn)場動平衡。一般情況下，轉(zhuǎn)子的平衡轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)速。

兩平面平衡法具體步驟如下：

轉(zhuǎn)子不加重，第一次啟動到額定轉(zhuǎn)速或選定轉(zhuǎn)速。測取兩個軸承基頻振幅和相位，矢量以A0，B0表示。

M1加到平面1上，第二次啟到相同轉(zhuǎn)速，測取兩個軸承的振幅和相位。矢量已A01和B01表示。

取下M1后，將M2加到平面2上。第三次啟到相同轉(zhuǎn)速。測取兩個軸承的振幅和相位。矢量已A02和B02表示。

計算兩個平衡面影響系數(shù)：

a11=（A01-A0）/M1 a12=（B01-B0）/M1

a21=（A02-A0）/ M2 a22=（B02- B0）/M2

聯(lián)結(jié)方程

a11Q1+a21Q2+A0=0

a12Q1+a22Q2+B0 =0

Q1和Q2是兩平面最終的平衡重量。

每次起車測量時，應(yīng)該平穩(wěn)而準(zhǔn)確的升到額定轉(zhuǎn)速，并觀察一段時間，應(yīng)不少于3～5分。觀察振動幅值有無變化。

振動測點位置的選取，首先要考慮測點的振動應(yīng)敏感于轉(zhuǎn)子不平衡；其次是外來振型量最小，所以一般選取支承轉(zhuǎn)子的兩個軸承比較合適。

測點的測量方向是選取垂直振動，水平振動還是軸向振動，從轉(zhuǎn)子平衡理論來說，軸承的三個方向振動都可以作為轉(zhuǎn)子平衡的計算依據(jù)。但現(xiàn)場平衡經(jīng)驗指出，作為平衡重量計算較好的依據(jù)是垂直振動，其次是水平振動，最次是軸向振動。這是由于垂直振動與轉(zhuǎn)子不平衡量之間有著較好的線形關(guān)系。另外水平振動和軸向振動往往有較大的非基波分量振動。

2.3 試重的選擇

試加重量經(jīng)驗公式：P=1.5WA0/r（n/3000）2。

W為平衡轉(zhuǎn)子的重量；A0為平衡轉(zhuǎn)子的原始振幅；n為平衡轉(zhuǎn)子的平衡轉(zhuǎn)速；r平衡轉(zhuǎn)子的半徑。

現(xiàn)場動平衡需要試加重，據(jù)加重前后的振動變化計算應(yīng)加重量。理論上，試加重的大小和相位可以隨便確定。實際上，試加重合適與否對于動平衡成功非常重要。直接關(guān)系到動平衡的精度和效率。試加重輕了，試加重前后振動幅值變化不大。計算得到的影響系數(shù)誤差較大；試加重重了，有可能導(dǎo)致機組振動過大，損壞設(shè)備。在沒有可參考數(shù)據(jù)時，試加重大小可按加重產(chǎn)生的離心力近似等于1%轉(zhuǎn)子重量的原則來確定。

試加重如有下面情況必須調(diào)整：

（1）試加重一側(cè)軸承的振幅變化小于10%。相位變化小于20°時。應(yīng)加重40%～60%。

（2）軸承振幅超過25絲，相位變化小于180±20°時，應(yīng)試重減少40～60%。

（3）軸承振幅超過25絲，相位變化小于20°時，應(yīng)將試重沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的相反方向，移重90°。

3 結(jié)語

質(zhì)量不平衡不是振動的唯一原因，甚至也不是同頻振動的唯一原因。在進行平衡和相關(guān)操作之前，應(yīng)考慮不平衡以外的影響機器振動的因素。這對于兩個或多個轉(zhuǎn)子連接在一起的設(shè)備（如汽輪發(fā)電機組）特別明顯。如軸承不對中：聯(lián)軸器連接面的徑向和軸向偏擺；軸瓦自激振動；氣隙不均衡引發(fā)的振動；均衡引發(fā)的振動；軸承失穩(wěn)：基礎(chǔ)不牢等。在動平衡之前。需要確定振動原因轉(zhuǎn)子是否由質(zhì)量不平衡引起的。

參考文獻

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