撓性轉子高速動平衡技術應用

羅綿輝LUO Mian-hui；秦竹青QIN Zhu-qing

（①北京理工大學珠海學院，珠海 519088；②廣州廣重企業集團有限公司，廣州511495）（①Beijing Institute of Technology，Zhuhai，Zhuhai 519088，China；②Guangzhou Guangzhong Enterprise Group Corp，Guangzhou 511495，China）

1 撓性轉子高速動平衡技術

撓性轉子不像剛性轉子那樣，經過低速動平衡就能達到工作轉速上的平穩運行，而必須進行高速動平衡。撓性轉子的平衡方法主要有模態平衡法和影響系數法。模態平衡法就是根據轉子上隨機分布的不平衡量能激起轉子各階振型及平衡重量組與主振型正交這一特點，采用了振型分離的方法，使轉子逐階得到平衡[1]。影響系數法就是利用線性系統中校正量和所測量之間的線性關系，用影響系數求平衡轉子的方法，它操作簡單，具有較高的平衡精度，并且適合利用計算機輔助計算，是一種多轉速多平面的平衡方法。平衡重量組與主振型正交是模態平衡法的基本原理，而影響系數法則是利用平衡重量組與主振型并不正交，對轉子進行綜合平衡，以達到撓性轉子平衡的目的，其最小二乘影響系數法的平衡校正量計算公式可表示為：

式中，N 為平衡（校正）面數；M 為振動總測點數；{U}為需加的校正質量；{X}為初始振動響應向量；{A}為影響系數矩陣[2]。

影響系數實際上反映了振型、支承剛度及其它各種影響因素的影響[3]。

2 DH8 高速動平衡機

高速動平衡機DH8 是德國申克公司開發生產，包含振動測量系數、真空系數、計算機輔助計算系統等。其中計算機輔助計算系統根據影響系數法原理，對轉子振動信號進行分析處理，計算影響系數，得出最佳配重質量及其相位，實現轉子全速動平衡。該機具有球面彈性對中功能，轉子高速動平衡試驗在真空環境下進行。DH8 高速動平衡機參數：最大轉子重量：32000kg；最大轉子直徑：9000mm；最高運行轉速8000rpm。

3 12000KW 汽輪機轉子高速動平衡試驗

3.1 轉子情況:12000KW 汽輪機轉子是廣州廣重企業集團有限公司返修轉子，因機組運行中，負載變化時，轉子發生軸向振動，導致轉子汽封片與氣缸隔板摩擦，汽封片部分損壞，返廠更換所有汽封片進行高速動平衡試驗。轉子參數如下：機組型號：C12-8.83/0.98//535；機組功率：12000KW；機組工作轉速：6000rpm；轉子重量：4365.5kg；轉子總長：4194mm。

3.2 轉子有兩個平衡面，試驗步驟：①轉子在無試加重的原始狀態下運轉至工作轉速，記錄振動數據run1；②在第一個平衡面試加重24.1g、相位為100°運轉于工作轉速，記錄振動數據run2；③取下位于第一個平衡面的試加重量，在第二個平衡面試加重24.1g、相位337°運轉于工作轉速，記錄振動數據run3；④利用前面三次運行振動數據，由計算機輔助計算系統計算兩個平衡面的影響系數，并得出轉子在兩個平衡面上應配重質量及相位，根據計算結果在兩個平衡面上進行配重。⑤完成配重后將轉子運行于工作轉速，記錄振動數據run4。⑥若轉子振動值符合要求，則動平衡試驗結束；反之，則在run4 基礎上重新計算兩個平衡面的影響系數，繼續進行配重工作，直至轉子振動符合要求為止。

3.3 試驗振動評價標準 本次試驗中，轉子振動評價標準依據《GB/T 6557-2009 撓性轉子機械平衡的方法和準則》及《GB/T9239-2006 機械振動 恒態（剛性）轉子平衡品質要求》。

在平衡設備上的允許振動可用兩種方式表示：①由現場允許的軸承振動計算得到的軸承支座振動；②由現場允許的軸振動計算得到的軸振動。本試驗以第一種方式的振動評價轉子振動水平是否符合標準，參照GB/T 6557-2009 及GB/T9239-2006 得出，該轉子轉速達到工作轉速（6000rms/min）時兩個軸承支座振動值均不能超過1.8 mm/s[4]。

3.4 試驗數據（表1，圖1）

表1

3.5 試驗結果分析

經高速動平衡后，轉子轉速達到工作轉速（6000rms/min）時，軸承支座1 振動值0.371mm/s，軸承支座2 振動值1.702mm/s，均小于振動限值1.8mm/s，故經動平衡配重后該轉子的動平衡效果已達到合格水平。

4 結論

利用影響系數法對12000KW 汽輪機轉子進行高速動平衡試驗，較好地減少了不平衡量，大大地降低了轉子振動，使轉子的振動達到了運行合格標準以內。這表明結合影響系數法進行的汽輪機轉子高速動平衡試驗，是高效、精確且完全能滿足生產運行需求的。

[1]鄧旺群等.汽輪機輪子高速動平衡技術研究[J].汽輪機技術，2004,46(1).

[2]梁銓等.柔性轉子動平衡條件及實現方法[J].黑龍江科技學院學報,2007,17(3).

[3]云峰等.汽輪機轉子振動實驗系統及其動平衡[J].電站系統工程，2010,26(4).

[4]周仁睦,轉子動平衡原理、方法和標準[M].化學工業出版社.