剛性轉子動平衡轉速的選擇

李世針， 徐宏峰， 韓寧

（中國石油遼陽石油化纖工程有限公司，遼寧遼陽111003）

0 引 言

化工企業機組運行過程中，造成其振動超標的原因很多，為排除或降低機泵不平衡原因造成的機組運行振動超標，需要對機泵轉子進行平衡校正。幾百或上千臺機泵轉子的平衡校正費用十分巨大，為減少企業在轉子全速動平衡校正費用方面的投入，本文進行了試驗分析。

1 理論分析

轉子在制造過程中，旋轉的轉子質心中線和轉子的旋轉中心線不可能完全重合，總會有一定的偏心量，當轉子轉動后會產生離心力，離心力就會引起轉子的振動。當轉子達到某一轉速時，其擾動頻率與機組固有頻率（自由振動頻率）相等或成比例時，機組就會產生共振，使振幅突然增大，機組發生劇烈振動。當轉子偏離開這一轉速數值時，振動會迅速減弱到恢復正常，使機組發生劇烈振動的轉速，稱為轉子的臨界轉速。因此機組啟動升速過程中需要迅速平穩地通過臨界轉速（加大升速率），而不應該在臨界轉速階段停滯?；ぱb置對于機組的平穩運行無論從工藝角度還是經濟角度都要求十分嚴格，需盡量避免瞬時波動過大造成振動超標的情況。而對于剛性轉子而言，不論其實際工作轉速還是平衡校正的轉速，都要遠遠低于轉子本身的臨界轉速，這樣轉子在正常運轉時才能保持平穩。從這方面說，常見的化工單位的風機、水泵、電動機轉子都屬于剛性轉子，并且是實際工作轉速低于轉子臨界轉速的剛性轉子。

根據動平衡理論，轉子的不平衡量和轉速沒有關系，不平衡量是一個絕對值，而轉速只是將不平衡量轉化為動載荷，平衡設備通過傳感器將動載荷轉變為電信號，通過放大器、濾波器等最終還原成不平衡量。轉子架設在平衡機上做平衡校正時，傳感器接收到旋轉轉子的離心力產生的信號，傳感器靈敏度高就不需要放大離心力產生的不平衡信號，也就是不需要轉子的轉速更高。

通常情況下，在平衡機上平衡剛性（包括準剛性）轉子在不同轉速下差別是不大的，因為剛性轉子的工作轉速是低于其臨界轉速的，所以對于剛性轉子，只要在其工作轉速下任一轉速下平衡校正是都能滿足轉子平穩工作需求的，所以在不同轉速下平衡校正剛性轉子的差別不大的。當然，如果是撓性轉子，平衡結果就會隨轉速的升高而產生變化，這就需要做高速動平衡了。

轉子平衡校正時轉速的選擇要合理，如果轉速選擇過高，則對平衡機而言啟動功率、操作時間、潤滑保養等均比低速時要求高。如果低速平衡能滿足轉子的使用和技術要求，則不建議用高速平衡，因此在保證精度的前提下，盡可能在低速下做平衡校正，這樣對平衡機本身也是一種保護，也能延長其使用壽命。

2 實際操作

以某煉化裝置一臺水泵轉子為例，轉子位號為B1G，支撐軸頸/最大回轉直徑×長度為φ100 mm/φ760 mm×1620 mm，轉子工作轉速為970 r/min，轉子類型為剛性轉子，轉子質量為428 kg，轉子結構形式如圖1所示。該轉子允許水平振動數值≤4.5 mm/s，現在水平振動值為10 mm/s，該轉子需要做平衡校正。平衡等級為G2.5，平衡后振動值為2.7 mm/s。

圖1 轉子結構簡圖

理論上，平衡轉速的提高可以提高精度，但實際上由平衡機本身的振動特性和測量系統決定，為此必須按機器出廠時的規范選擇轉速。我們選擇的平衡機，測量系統為激光感應器，靈敏度足夠高。依據轉子質量，葉輪外徑和給定的轉速計算數值Gn2和GD2n2均位于平衡機給定的限值范圍內，選擇300、500、900 r/min為測量轉速分別進行平衡操作。

1）首先檢查轉子外觀，葉輪有無裂紋，泵軸是否彎曲，葉輪與泵軸是否連接緊密，泵軸上的部件有無竄動等；根據轉子結構，選擇兩端支撐的方法，用尺測量轉子被支撐點（軸承部位）A、B之間的間距，調整平衡機支架距離與之相當；測量泵軸上A點與B點的軸頸，A點軸頸為φ100 mm，B點軸頸為φ100 mm，平衡機支架上支撐輪軸頸為φ110 mm，φ100 mm/φ110 mm在10%范圍之內，支撐輪不可用，更換支撐輪尺寸為φ60 mm，使得軸頸比值在10%范圍之外。用電動葫蘆將轉子吊到支架上，套好皮帶，保證平衡機支撐輪正處于泵軸的A、B兩點處，扳動氣壓扳手，繃緊皮帶，鎖緊平衡機各支撐及導軌部位；在對輪外圓合適位置粘貼好傳感器熒光條。測量出A點與葉輪左側面間距a=560 mm；B點與葉輪右側面間距c=590 mm；葉輪厚度b=110 mm，依次將數值輸入電控箱；因為工作轉速970 r/min＜1800 r/min，只做靜平衡即可，因此選擇平衡方式為靜平衡。

2）再次檢查平衡機各部位是否鎖緊，傳感器感光良好。首先輸入300 r/min轉速，操作人員開始做緩慢加速，直到電控箱第一次顯示出轉子的不平衡量及相位（50.0 g、50°）；記錄該數值，并在葉輪右側面外圓相應位置處用記號筆標記出來。連續重新操作2次，觀察數據是否穩定，得到50.2 g、49°和50.0 g、50°，由數據可確定泵軸各部件連接緊密，無竄動發生，數據基本無變化，取第一次的數值即可。停機后，重新設定轉速為500 r/min，重復操作程序，依次得數為：50.1 g、49°；50.3 g、51°和50.2 g、48°。再次停機后，重新設定轉速為900 r/min，重復操作程序，依次得到數據為：50.2 g、51°；50.3 g、50°和50.0 g、49°。3種轉速下得到的數值基本相同。

此時根據900 r/min下得到的不平衡量進行校正，用角向磨光機直接磨削掉一定的質量，重新讀數，做適當的微調，每次調整都要重新讀數，直到轉子的不平衡量達到許用范圍合格為止。經多次調整，轉子最終剩余不平衡量為2.67 g·mm，完全達到合格。

轉子做完平衡校正后，由使用單位安裝后，進行振動檢測，水平振動數值為2.7 mm/s，完全達標。

3 結 語

剛性轉子的不平衡量是一個絕對值，與轉速沒有關系，只要設備的傳感器靈敏度高，就不需要放大離心力產生的不平衡信號，也就是不需要轉子的轉速更高。因此對于化工裝置的剛性轉子沒有必要采取全速動平衡，只做低速動平衡就可以了。這樣每臺轉子的平衡校正費用就可以節省萬余元左右。