一种静平衡装置的现场制作与应用*

左章华

(广东省南海化工总厂有限公司，广东佛山 528200)

0 引言

在工业生产过程中，对具有一定转速的旋转体设备，由于设备制造安装质量缺陷、冲蚀腐蚀磨损 、应力变形等原因使设备旋转体重心偏移，造成设备振动、噪声、工作精度和可靠性下降、零件磨损加剧、轴承损坏等故障，影响设备安全经济运行，以至损坏周围建筑物危及操作者的人身安全。因此在设备管理这一环节，发现旋转体质量存在不平衡可能性时，都应在检修时考虑对旋转体找平衡。消除这一设备缺陷带来的危害及潜在隐患。

众所周知，旋转体校正平衡的方法无非两种——动平衡和静平衡，动平衡精度高，适用于绝大多数类型不平衡的校正，要求有专门的试验设备;静平衡精度相对较低，但设备简单，现场操作方便。找平衡时究竟需要进行静平衡还是动平衡是一个关键问题。这要根据具体情况而决定，如充分考虑旋转体重量、结构形状、转速、支座条件及用处等相关因素，要对转子平衡型式心中有数［1］。另据相关文献［2］介绍，什么情况下做静平衡校正，目前我国尚无统一标准，综合参照GB9239.1－2006、API 610－2004、ISO 1940－1－2003等相关标准执行。

实际生产中，对一般小企业或是一些中型企业而言，一些检修工作不是很规范，检修人员经验也参差不齐，在这些企业中关于常规维修工作，有必要加强旋转设备平衡校正观念的建立以及平衡校正方法的实践，尤其是加强起码的静平衡校正，这很有必要也容易实现。笔者根据现场工作经验，提出了一个简易的静平衡台的制作及操作方法，以对旋转设备部件的质心偏移进行静平衡检查快速校正、检修处理。

1 静平衡调整架设计及制作

1.1 静平衡调整架设计

现场制作静平衡装置要选用最容易寻找的材料制造静平衡调整架。就曾经制作过的静平衡装置来讲，初步设计如图1所示。

图1 静平衡调整架1.工字梁 2.圆形导轨 3.调整螺栓 4.限位座

工字梁用14#工字钢制造，调整螺栓为M12细牙螺栓，圆形导轨为活塞杆或其他光轴。静平衡调整架成对使用。

工字梁及圆形导轨长度保证所测轮盘类中心轴在上面可以滚动2～3圈，初步定长L=900 mm;圆形导轨材料为淬火光轴，表面粗糙度小于0.8 μm，初步选用了直径30 mm光轴;工字梁选用了14号工字钢。

核算参数选择的是平衡调整架最大可能的挠度值Ymax。

准备做静平衡的旋转体放在平衡架上后，平衡架将因受力产生挠曲，特别是旋转体较重时，这个挠曲值要求不能超差，产生阻力力矩，对静平衡结果产生影响。最好挠曲值不超过0.02 mm/1 000 mm，也就是光轴允许的直线度。静平衡调整架的最大挠度核算公式，选用的是等截面钢梁集中荷载的计算公式:

式中:Ymax为最大挠度值;P为静平衡调整架单边受力;L为静平衡调整架两端调整螺栓之间的跨度;E为弹性模量;IX为工字钢惯性矩。

根据初步设计所考虑的静平衡调整架各相关参数的取值:P为按我们曾经做过的最大转子80 kg质量的一半40 kg取值，即静平衡调整架单边受力40 kg;L为按跨度900 mm取值，即调整螺栓之间的距离;E为按普通结构钢弹性模量，取200 GPa;IX的按初步选用的14#工字钢对应参数取值，为712 cm4;按集中荷载的最大挠度核算公式，计算挠度值得到Ymax= 0.004 3 mm，这一数值完全满足实际需要。而且在上述核算中并没有考虑气缸杆对集中载荷应力的分散作用。

1.2 静平衡调整架制作

如图1，在截取的工字钢的底面两端，各钻两个孔，孔径配M12细牙螺纹攻丝，加工出调整用螺丝孔;调整螺丝的头部要加工成圆球状，以利于形成良好的支点。

将已经截取的光轴及工字钢上面除油除锈处理，光轴放在工字钢上，稳定住光轴，使光轴处于工字钢中间部位，用A/B双组份胶将光轴粘牢固定，也可以用一些楔形铁片轻轻固定光轴，这样在楔形铁和胶粘剂的作用下，保持了光轴的位置固定。制作U型限位座，将限位座用螺栓固定在光轴两端。其他制造相关要求可参考相关文献［3］。

2 实际操作

静平衡的操作要把两端调整螺栓放置在底板上进行，一般选择25 mm厚钢板，将厚钢板放置在水泥地面上。摆正静平衡调整架位置，选好旋转体在导轨上滚动的支撑点，一般为两端轴颈部位，调整好转子的支撑间距。调整每个静平衡调整架四棵调整螺栓，使每个静平衡调整架沿导轨轴线方向水平度偏差≤0.02 mm/1 000 mm;两轨道之间，架设平尺，水平度偏差≤0.2 0 mm/1 000 mm，此时两导轨道间距、高度都适合静平衡实际操作要求。

标定支架位置，防止碰撞串位，然后进行常规的静平衡校正，具体校正方法，这里不再赘述［4－6］。

3 使用情况

公司生产所用的原材料硝铵由于吸潮结块需要凸轮粉碎机破碎处理，凸轮粉碎机见图2旋转体经常磨损严重，造成转子不平衡，产生振动。还有一种爪型凸轮粉碎机用于破碎膨化硝铵半成品见图3，也存在齿爪磨损严重的现象，严重时造成过轴承损坏，粉碎机支架开焊。由于上述粉碎机破碎的是有一定危险的硝铵材料，安全隐患必须给予处理，为快速完成检修任务，现场按该方法制造了简易静平衡装置，快速对粉碎机旋转转子进行检查调整处理。此后，也多次用上述装置静平衡处理过这两种凸轮粉碎机，它们是比较典型的两类旋转体，凸轮粉碎机是一种最大外径D与长度L之比D/L≥5的转子，只做静平衡。原材料硝铵粉碎机，凸轮长600 mm直径为350 mm，D/ L＜5的转子，按标准应做动平衡校正，只做了静平衡后，效果也很理想。

图2 凸轮粉碎机

图3 爪式凸轮粉碎机

4 实际操作过程中注意事项

总结曾经做过的所有相关静平衡工作，还应注意以下几点。

(1)不平衡量的调整的数值及调整位置(指增减调整量的位置)确定后，焊接调整前，应该复测轨道的水平状况是否与不平衡测量之前是一致的，情况变化不大，方可进行不平衡重量的焊接、去除等调整操作。

(2)做好基础找平工作，垫平调整好底板与地面的接触情况，底板与混凝土地面接触点应均匀分布为合格。

(3)在圆形导轨选择上，应该保证所选直径配合水平仪测量面的V型槽口的宽度，V型槽口能够完整卡在圆形导轨上，形成两条均匀的接触直线，以达到良好准确的测量数值。

(4)加减磁铁或橡皮泥，检测调整不平衡量时。要重复多次试验，现场做好记录表格的设计及记录，避免混乱，以至调整错误，影响快速检修工作的要求。

(5)静平衡校正前应对轴的变形事先检查，如果轴发生弯曲，予以校正，避免额外工作量的增加。

(6)考虑键槽、键等对静平衡的测试影响，不要忽略该部件重量;在修理过程中，确定偏心质量的大小及方位后，如果结构强度安全性没有影响，应先考虑用磨削、挖补的方法控制调整量更容易控制一些。

(7)对于长径比超差的旋转体，为消除偶不平衡影响，稳妥起见，补焊调整不平衡量时要靠经验和简单的测量确定调整量的位置，尽量两端分散加减调整量。

(8)光轴安装前最好在平台上作直线度检查。

(9)注意静平衡前要先检查旋转体轴颈的粗糙度和轴的椭圆度 ，使用假轴做静平衡时工件孔与主轴配合应严密0.01～0.02 mm的间隙配合为宜，工件键槽必须用同比重的材料堵实。

(10)导轨所用光轴要淬火处理，具有相当的硬度才好，在急用的现场情况下，不一定能迅速找到相应的材料，但要尽量寻找硬度接近HRC62～65的导轨材料，如铬锰钢。滚动时如果考虑避免伤害轴颈，可以加装与导轨硬度相同材料的轴套。

(11)旋转体半径较大时要考虑增加要制作辅助支座，支撑起静平衡调整架。

(12)需要进行动平衡测量的重要设备部件建议先做静平衡测量，预判不平衡量的大小。

(13)仅仅做过静平衡的设备，如果不能确定设备是否能够正常、安全试运行的，要对试运行有相对的客观评测，试机运行时要有一定的应对预案。

5 结语

通过多次实际静平衡校正工作，所处理旋转体运行效果均有明显改善，几次实际观测，测得轴承座各方向振动值均在0.05 mm以内，破碎机轴承使用寿命明显延长。对理论上需要做动不平衡的旋转体，只是做了静平衡，效果也达到了合格的水平。作为现场使用，静平衡装置设计制作快速、灵活、有效，规格完全可以按自己的实际需要设计，静平衡效果达到专门制造的静平衡装置。从改善的角度来看，在时间宽裕的时候，可以对简易的静平衡装置进一步加工处理，如选择合适导轨材料，导轨下加装V型垫块等，使圆形导轨更稳定。

［1］ 杨顺银.离心泵转子动静平衡的测试［J］.石油与化工设备，2010，13(6):41－42.

［2］ 杨广源.刚性转子的现场动平衡［J］.本钢技术，2002(5):8－10.

［3］ 周新桃.旋转机械检修技术要点—刚性转子的静平衡［J］.水利电力机械，1993，8(4):42－44.

［4］ 张 玲.静平衡的实用计算法［J］.甘肃冶金，2005，27(1):62－70.

［5］ 洪广欢，杜祖成，李 泺，等.转子做静平衡试验时消除导轨影响的两次试加法［J］.沈阳电力高等专科学校学报，2001，3(4): 25－26.

［6］ 胡坤芳.机械转子的静平衡的测试［J］.贵州科技工程职业学院学报，2006，1(1):51－62.