基于系統固有特性參數在現場動平衡中的研究與應用

程英輝，吳立業

（1河鋼股份有限公司承德分公司，2河北省釩鈦工程技術研究中心，河北承德067002 ）

前言

振動是衡量旋轉設備運行狀態的一項重要指標，振動值越小越好。旋轉設備產生振動的原因很復雜，其中以轉子質量不平衡而引起的振動最普遍。常規動平衡方法步驟多，耗時長，利用系統固有特性參數實現現場動平衡一次成功,不僅可以縮短現場動平衡時間，還能提高轉子在現場動平衡中的運行安全性。

1 系統固有特性參數推算

1.1 影響系數法具體步驟

以剛性轉子、單面平衡為例，已知轉子質量為M、直徑為d、轉速為r、角速度為ω，具體計算步驟如下：

第一步：轉子在原始狀態，啟動至一定轉速r時，測取被平衡的轉子軸承原始振動的基頻幅值和相位，即轉子軸承座不平衡響應振動的幅值和相位，用表示，設°mm/s∠(°)，振動幅值為a0mm/s，相對相位為α0°。

第二步：已知試加重量為Wpg，假設相位為0°，試重P=Wp∠0°g∠(°)。

第三步：將加試重的轉子啟動到轉速r時，測量轉子軸承座振動基頻振幅和相位，用矢量表示，設°mm/s∠(°)表示。

第四步：轉子上應加的平衡質量及位置Q 由以下公式求得，設Q=Wq∠δ°g∠(°)：

圖1 單平面測相平衡法矢量圖

1.2 確定配重塊的具體相位

按照逆旋轉方向測量配重塊與光標的夾角β，按照圖2 所示計算的配重塊相位為β -?，那么配重 塊 用 Q=Wq∠(β -?)g∠(°) 表 示。記 ?=β -?±180。

圖2 振動傳感器與鍵相傳感器安裝位置圖（從電機看）

1.3 推算系統固有特性參數

轉子不平衡響應振動（初始振動）、不平衡激振力（可以通過配重塊的質量位置確定）、系統固有特性參數之間的關系[2]參照表1。

表1 轉子不平衡振動響應、激振力和系統固有特性的關系

從以上關系中可以看出：轉子不平衡振動響應與激振力成正比，激振力越大振動就越大，現場動平衡是解決激振力問題最快的途徑。

2 風機現場動平衡實例分析

在轉爐煤氣回收系統中常用的是單級吸入懸臂結構的加壓機：風機機殼為水平中分式、進風口位于水平軸向、出風口位于機殼上方、四盤角接觸滾動軸承、轉子部分由主軸和單級葉輪組成，如圖3所示。

圖3 加壓機結構示意圖

該加壓機轉速為2993.9 r/min,由于轉爐煤氣含雜質，需要每個月做一次現場動平衡。2019年12月11 日對該加壓機做現場動平衡，過程數據如表2所示。

表2 用影響系數法現場動平衡數據

結合以上用影響系數法得到以上數據，根據轉子系統特性參數的計算公式可以推算出該轉子系統的固有特性幅值為6.73，相位為130°。

在2020年1月18日對該風機做現場動平衡，利用轉子系統特性參數現場動平衡數據如表3所示。

表3 用系統特性參數現場動平衡數據

利用影響系數法對轉子做完現場動平衡后的數據，推算出了系統固有特性參數。根據系統固有特性參數能實現現場動平衡一次成功。

3 結論

只要掌握了轉子系統的 固有特性參數，測試出轉子不平衡振動響應（初始振動），可以計算出不平衡激振力，即需要加的配重質量及相位，能夠實現轉子現場動平衡一次加重成功。該方法在實際工作中不受振動傳感器、鍵相傳感器及反光條的位置限制，可以極大提升轉子現場動平衡的效果和安全性。