淺談轉子現場動平衡技術

史寰威

摘 要：隨著科技的發展，現代工業生產越來越大化；高速化；自動化。特別是電力，石化，冶金等工業。設備投資越來越大，連續生產越來越長。機械設備因振動過大而停機會造成重大的損失。所以現場對機械設備的振動處理就顯得十分重要。

關鍵詞：轉子 動平衡 振動

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

轉動機械在運行中有一項重要指標，就是振動。振動要求越小越好。轉動機械產生的振動原因很復雜。轉動機械的轉動部分（轉子）質量不平衡而引起的振動最為普遍。

1 平衡品質G測定準則

距ISO標準，由軸承支承的旋轉體稱為轉子。轉子多為轉動機械中的主要旋轉部件。平衡就是通過改變轉子本體的質量分布的方法。是轉子的慣性軸和旋轉軸重合到一起。或者說使轉子的慣性軸和旋轉軸之間的偏心距小到允許的范圍之內。

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。

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

轉子的離心力F=me2

m轉子的質量；e轉子的偏心距；轉子的角速度。

我國汽輪機的相關標準規定汽輪機轉子的平衡品質為G2.5級。轉子的狀態。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子，轉子內的應力和軸承載荷比（有離心力產生）是相同的。即同樣的平衡品質，其e是相同的由此可見。可以用e值作為平衡品質的衡量尺度。我國相關標準也采用了這一衡量尺度。

2 現場動平衡的基本原理和注意事項

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

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

2.1 現場動平衡對設備工作環境的基本要求

在額定轉速范圍內，能夠進行多次啟停車運行，這個是動平衡必需的。

能夠在轉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 剛性轉子現場高速動平衡

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

現場動平衡方法按照平衡面的數量可分為單面平衡；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準程序。在現場動平衡中，也經常用到兩面動平衡。

下面簡單介紹一下剛性轉子的兩面動平衡。

剛性轉子可以在任意轉速下，任意兩個平面下，進行現場動平衡。一般情況下，轉子的平衡轉速為轉子的額定轉速。

兩平面平衡法具體步驟如下：

轉子不加重，第一次啟動到額定轉速或選定轉速。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：

a11=（A01-A0）/M1 a12=（B01-B0）/M1

a21=（A02-A0）/ M2 a22=（B02- B0）/M2

聯結方程

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，應該平穩而準確的升到額定轉速，并觀察一段時間，應不少于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敏感于轉子不平衡；其次是外來振型量最小，所以一般選取支承轉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，從轉子平衡理論來說，軸承的三個方向振動都可以作為轉子平衡的計算依據。但現場平衡經驗指出，作為平衡重量計算較好的依據是垂直振動，其次是水平振動，最次是軸向振動。這是由于垂直振動與轉子不平衡量之間有著較好的線形關系。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

試加重量經驗公式：P=1.5WA0/r（n/3000）2。

W為平衡轉子的重量；A0為平衡轉子的原始振幅；n為平衡轉子的平衡轉速；r平衡轉子的半徑。

現場動平衡需要試加重，據加重前后的振動變化計算應加重量。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誤差較大；試加重重了，有可能導致機組振動過大，損壞設備。在沒有可參考數據時，試加重大小可按加重產生的離心力近似等于1%轉子重量的原則來確定。

試加重如有下面情況必須調整：

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

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

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

3 結語

質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。在進行平衡和相關操作之前，應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子連接在一起的設備（如汽輪發電機組）特別明顯。如軸承不對中：聯軸器連接面的徑向和軸向偏擺；軸瓦自激振動；氣隙不均衡引發的振動；均衡引發的振動；軸承失穩：基礎不牢等。在動平衡之前。需要確定振動原因轉子是否由質量不平衡引起的。

參考文獻

[1] 楊國安.轉子動平衡實用技術[M].中國石化出版社，2012.

[2] 李錄平.汽輪發電機組振動與處理[M].中國電力出版社，2007.

[3] 鐘一諤.轉子動力學[M].清華大學出版社，1987.