大型電機(jī)的轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡技術(shù)應(yīng)用

馬海余，陸 晨

（中國石油蘭州石化公司檢維修中心，甘肅 蘭州 730060）

某煉油廠重催裝置2#主風(fēng)機(jī)組是催化裝置的關(guān)鍵機(jī)組，由壓縮機(jī)、增速器和電動機(jī)組成。在裝置多年運行過程中，其電動機(jī)一直存在振動過大問題，尤其是電機(jī)驅(qū)動端振動最大，開機(jī)時空載軸振動最高達(dá)到100μm，經(jīng)頻譜分析判斷為電機(jī)轉(zhuǎn)子動平衡不良故障，需要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡校正。

一般轉(zhuǎn)子的動平衡校正都是在動平衡機(jī)上進(jìn)行，前期需拆解設(shè)備，抽出轉(zhuǎn)子以便上動平衡機(jī)進(jìn)行校正。但該電機(jī)體積較大，整機(jī)重達(dá)29 t，現(xiàn)場空間不足，無法抽出電機(jī)轉(zhuǎn)子，并且若是返廠家作動平衡，需要吊車、卡車配合，電機(jī)返廠后仍然需要進(jìn)行拆解，完成整個動平衡作業(yè)工期較長，不經(jīng)濟(jì)、效率低。因此，利用現(xiàn)場動平衡技術(shù)優(yōu)勢，對該電機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場動平衡校正，具有實際意義。

1 電機(jī)運行情況概述

1.1 電機(jī)參數(shù)

型號：Y900-4；功率：9 000 kW；電壓：6 000 V；電流：988 A；轉(zhuǎn)速：1 480 r/min；整機(jī)重量：29 t；轉(zhuǎn)子重量：7 t；制造廠家：蘭州電機(jī)廠。

1.2 電機(jī)振動分析

1.2.1 振動值2#主風(fēng)機(jī)組正常運行時，電機(jī)驅(qū)動端軸承座振動速度值和軸振動位移值較大，自由端略小，具體數(shù)據(jù)見表1、2。

表1 電機(jī)前后軸承座振動速度值

表2 電機(jī)軸振動位移值

1.2.2 頻譜分析2019年5月6日，裝置停工前采集的電機(jī)軸承座振動速度頻譜見圖1，軸振動位移頻譜見圖2。

圖1 電機(jī)前后軸承座水平、垂直和軸向振動速度頻譜

圖2 電機(jī)驅(qū)動端和自由端軸振動位移頻譜圖

速度和位移頻譜中主要振動頻率為1X，轉(zhuǎn)頻諧波分量很少且幅值很小，驅(qū)動端振動值大于自由端，綜合判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子存在不平衡故障，且轉(zhuǎn)子不平衡量主要集中在驅(qū)動端。下面將采用現(xiàn)場動平衡方法對轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡校正。

2 現(xiàn)場動平衡原理概述

2.1 剛性轉(zhuǎn)子和撓性轉(zhuǎn)子的區(qū)分

轉(zhuǎn)子通常分為2類即剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子。一般來說，工作轉(zhuǎn)速低于1階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子（即在工作和動平衡時都不產(chǎn)生彈性變形），而把工作轉(zhuǎn)速接近或高于1階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為柔性轉(zhuǎn)子（工作時產(chǎn)生彈性彎曲變形）。工程實際中，很多旋轉(zhuǎn)零部件如減速器主軸、風(fēng)機(jī)主軸、電動機(jī)主軸的抗彎剛度很大，都可視為剛性轉(zhuǎn)子；而汽輪機(jī)、壓縮機(jī)等高速設(shè)備，其工作轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速，則視為撓性轉(zhuǎn)子。

2.2 影響系數(shù)法

剛性轉(zhuǎn)子動平衡分單面和雙面，單面平衡主要應(yīng)用于薄轉(zhuǎn)子（如：泵和通風(fēng)機(jī)葉輪），雙面平衡主要應(yīng)用于長轉(zhuǎn)子（如：電機(jī)、汽輪機(jī)和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子）。單面平衡是雙面平衡的特例，單面和雙面動平衡的理論基礎(chǔ)都是影響系數(shù)法，即在選定的平衡轉(zhuǎn)速下，通過加重試驗求出加重對振動的影響系數(shù)，再根據(jù)影響系數(shù)求出應(yīng)該加的平衡重量，并且在動平衡過程中，平衡轉(zhuǎn)速必須保持恒定。

單面動平衡的具體步驟如下：

（2）在轉(zhuǎn)子上試加重，測取加重后振動；

（3）計算加重對振動的影響：

（4）計算轉(zhuǎn)子上的不平衡重量，所有運算采用矢量運算法則；

則即為平衡轉(zhuǎn)子所需的配重。

2.3 雙面動平衡方法

雙面動平衡步驟：

（1）開啟電機(jī)，至工作轉(zhuǎn)速后，測取初始狀態(tài)下2端軸承座A和B同方向的振動和，停機(jī)；

（4）進(jìn)行以下矢量運算：

求解二元二次方程組：

3 電機(jī)現(xiàn)場動平衡工藝過程

3.1 準(zhǔn)備工作

2019年5月21日，對2#主風(fēng)機(jī)組電機(jī)實施現(xiàn)場動平衡作業(yè)。

（1）布置振動探頭和儀器，振動傳感器安裝在電機(jī)驅(qū)動端和自由端軸承座的水平方向上；

（2）在電機(jī)轉(zhuǎn)軸外圓面上粘貼標(biāo)識鍵相的反光標(biāo)貼，并確定0度位；

（3）安裝激光轉(zhuǎn)速計，調(diào)試并保證激光準(zhǔn)確打到反光標(biāo)貼上；

（4）測量轉(zhuǎn)子配重面半徑，按照經(jīng)驗公式計算試重質(zhì)量，做好試重塊。

3.2 電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)測試

通過測量電機(jī)停機(jī)過程的幅值—相位圖，了解轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡響應(yīng)特性，估計不平衡點方位。轉(zhuǎn)子驅(qū)動端不平衡方位在305°，自由端不平衡方位在17°。試加重角度可選擇驅(qū)動端125°，自由端197°。雙面動平衡實驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 雙面動平衡實驗數(shù)據(jù)

由表可以看出，電機(jī)轉(zhuǎn)子雙面配重質(zhì)量較大，焊接此重量配重塊存在一定困難，因此還需要運用單面影響系數(shù)法進(jìn)行對比分析，見表4、5。

表4 L面單面動平衡分析

表5 R面單面動平衡分析

通過對計算出的單面動平衡配重結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，L面加重角度102°與雙面動平衡計算結(jié)果一致，但配重質(zhì)量差別較大；R面配重角度與質(zhì)量都和雙面動平衡結(jié)果差別較大。

基于以上數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，L面（驅(qū)動端）平衡配重對電機(jī)前后端軸承座振動影響較大，并且L面的配重角度較為準(zhǔn)確，R面配重角度差異較大。因此，加重方案確定為在L面的∠101°加配重，質(zhì)量不超過1.6 kg，如果電機(jī)振動明顯下降，則R面不再進(jìn)行配重，動平衡工作結(jié)束；若振動下降未達(dá)到理想值，則繼續(xù)采用單面或雙面法進(jìn)行平衡校正。

4 結(jié)束語

運用現(xiàn)場動平衡技術(shù)，對催化裝置2#主風(fēng)機(jī)組電機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場平衡校正，平衡效果顯著。石化、電力行業(yè)的大型通風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)等轉(zhuǎn)動設(shè)備亦可進(jìn)行現(xiàn)場動平衡，其技術(shù)優(yōu)勢不但有利于縮短檢修工期、更能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。