现场动平衡技术在设备检修中的应用

高俊兰

摘 要：不平衡是旋转机械的主要故障之一，转子不平衡引起的故障约占全部机械故障的50%，清除机械不平衡故障最方便的手段就是进行现场动平衡。907是一种经济型动平衡仪，它的功能由两部分组成：频谱分析和现场动平衡。它可以测量和存储振动的加速度、速度、位移、高频加速度包括的特征值及其波形，自动对这些数据值进行运算处理，从而在现场进行简易故障诊断和现场动平衡。

关键词：现场动平衡；故障诊断；应用实例

1.概况

现场动平衡技术是对旋转机械在与其工作状态相同或接近的转速、安装条件、支承条件和负载情况下，进行振动测量和平衡校正的一种平衡方法。其工作原理是利用安放试探质量临时改变转子的质量分布，测量由此引起的轴承振动大小和相位变化，由试探质量的影响效果确定出真正需要的校正质量大小和安放位置。

1.1单面动平衡的原理

907的单面平衡采用了影响系数法，又叫转子的单面测相平衡法。顾名思义，在测量转子基频率震动的幅值时，还需要对基频震动的相位进行测量。对转子进行单面动平衡的工作流程如下图

具体步骤为：

（1）首先测取转载在工作转速下的出事基频振动矢量A0。

（2）選择合适的试重M加到转子上，测量加试重后转载在相同转速下的振动矢量A1。

（3）转子上应加平衡重量（矢量形式）按下式计算：Q-M×A0/（A1-A0）

由于转子不平衡离心力与转速有关，动平衡过程中，所有的振动测量都应保证在同一转速下进行。

1.2 双面动平衡的原理

几乎所有的单跨转子的平衡都可用双面动平衡法实现，单面平衡也是双面平衡的一个特例。

进行转子的双面动平衡时，需要两个加试重平面以及两个测试点。907双面动平衡采用的仍然是影响系数法。与单面动平衡不同的是，在其中的一个面上加试重时，需要同时对两个测点的振动进行测量。这样，双面动平衡法将有四个影响系数。

双面动平衡工作步骤大致如下：

（1）测量两个测点的初始振动。

（2）第一面加试重，测量两个测点的振动。

（3）第二面加试重，测量两个测点的振动。

（4）计算出影响系数，给出平衡配重结果。

（5）如果已知道影响系数，则可越过步骤2和3，直接输入影响系数，得到平衡配重结果。

2.现场动平衡故障的识别

旋转机械的故障类型多种多样，据统计，设备故障的起因75%以上由不平衡引起的。在现场对某一设备进行动平衡校验前，首先要判断故障的类别。转动设备若发生轴弯曲、不对中、机械松动和轴裂纹等故障时，无法使用现场动平衡技术校验。频谱分析和相位分析方法的结合使用，可以提高故障诊断准确性。

2.1 相位分析

一般的转子不平衡将产生一个均匀的旋转力，此力的方向连续变化，但始终作用在径向方向。因此，轴和支承轴承趋向于以某一圆周轨道运动，水平方向振动通常大于垂直方向振动，一般在2～3倍左右，水平和垂直方向的相位差约为90度，不平衡故障分为静不平衡、偶不平衡和动不平衡三种类型。

2.2 频谱分析

转子不平衡状态的现场测量，应从轴的垂直和水平方向着手分别进行，频谱图中通常反映出不平衡部件转速1 倍频率的振动。通常，这个1倍频转速频率的振动尖峰在频谱中占优势，基本上无其他频率分量，或其他分量较小。当故障仅限于不平衡时，1倍频的振动尖峰值通常大于或等于振动总幅值的80 %；当同时存在不平衡及其它故障时，则可能仅为振动总幅值的5 %～80 % ，且水平方向的振动大于垂直方向振动的50 %以上。

3.现场动平衡的应用

3.1 振动测试及故障诊断

现场动平衡校验的测量方法是在转子支承点上用加速度传感器测取振动信号， 通过速度传感器测取转子转速和转子振动角度信号，角度测量以转子上一个固定参考标记做为基准，将两组信号传入907数据采集仪，通过该数据采集仪提供的现场动平衡应用软件进行数据处理，最终得出校验结果。

我厂三烧车间1#主抽中修后运行不稳，经常出现振动报警，被迫停车后，经分析是叶轮不平衡引起，用现场动平衡方法对叶轮进行效验。通过振动测试及频谱分析发现： ①水平振动大于垂直振动，振动幅值相差近3倍；②基频161875 Hz处的振动能量最高，峰值达81165 mm/ s ，占总幅值的78 % ，其它频率分量小，可以排除机械松动、不对中等故障； ③0～5000 Hz 处无分量，排除轴承损坏故障。测试相位分析发现，垂直和水平方向相位相差90°。

得出结论：1#主抽风机振动异常为叶轮结垢不匀造成的不平衡故障。

停机检查发现，风机叶轮结垢严重。经过处理后，发现叶轮有轻度磨损。造成叶轮质量分布不均，导致风机出现不平衡故障。

3.2 现场动平衡操作步骤

（1）停机状态下在联轴器轮毂处贴上反光贴纸，以标出相位角，并架好平衡仪 。

（2）根据风机叶轮的几何尺寸和工作转速，决定对该风机进行单面平衡，相角的测量设置为与风机叶轮转动的方向相反，试重设置为保留。

（3）启动风机，待转速平稳后，测量初始振动值及相位。

（4）停机，打开观察孔，将试重块焊在叶轮左边棱缘的180°处，盖好观察孔，在907仪器上输入左边试重块重量和相位180°，开机待转速稳定后读取左边试重读数。

（5）停机，打开观察孔， 907平衡仪即自动计算该风机叶轮需加配重的重量和位置，屏幕上即显示出不平衡的重量和位置。

（6）停机，打开观察孔，将配重块焊在叶轮左边棱缘处 ，盖好观察孔。

（7）启动风机， 待运行平稳后， 测得左振动值，振动已明显下降，频谱图显示，设备故障排除。

4.结束语

现场动平衡技术能够有效地用于有配重条件的设备上，如风机可在叶轮上焊配重块等。总之，现场动平衡技术在设备检修中的应用效果是显而易见的，对于抽烟风机和除尘风机这类关键设备，叶轮的承载面极易磨损，造成失衡现象。利用现场动平衡技术校验后，原有设备仍可满负荷、长周期的运行。设备的安全、稳定、长期、满负荷运行直接影响企业的经济效益，而现场动平衡技术不失为一种既减轻工人劳动强度、节约检修时间，又减少耗材的好方法。

参考文献：

[1]设备状态监控与故障诊断[M].北京盛迪振通科技有限公司