浅谈转子现场动平衡技术

史寰威

摘 要：随着科技的发展，现代工业生产越来越大化；高速化；自动化。特别是电力，石化，冶金等工业。设备投资越来越大，连续生产越来越长。机械设备因振动过大而停机会造成重大的损失。所以现场对机械设备的振动处理就显得十分重要。

关键词：转子 动平衡 振动

中图分类号：TH113 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（c）-0131-02

转动机械在运行中有一项重要指标，就是振动。振动要求越小越好。转动机械产生的振动原因很复杂。转动机械的转动部分（转子）质量不平衡而引起的振动最为普遍。

1 平衡品质G测定准则

距ISO标准，由轴承支承的旋转体称为转子。转子多为转动机械中的主要旋转部件。平衡就是通过改变转子本体的质量分布的方法。是转子的惯性轴和旋转轴重合到一起。或者说使转子的惯性轴和旋转轴之间的偏心距小到允许的范围之内。

平衡的目的使由不平衡量引起的机械振动。轴挠度和作用于轴承的力低于允许植。

转子存在质量不平衡，即其惯性轴和旋转轴之间的偏心距e≠0。那么转子的工作转速越高，它的离心力也越大。因此，它造成的振动也越大。在平衡技术中。用转子的偏心距e和转子的角速度（的乘积来评价转子的优良程度，并把乘积植叫做平衡精度。单位mm/s。

转子的离心力F=me2

m转子的质量；e转子的偏心距；转子的角速度。

我国汽轮机的相关标准规定汽轮机转子的平衡品质为G2.5级。转子的状态。SU≤2.5 mm/s。对于以相同的圆周速度运行的几何形状相似的转子，转子内的应力和轴承载荷比（有离心力产生）是相同的。即同样的平衡品质，其e是相同的由此可见。可以用e值作为平衡品质的衡量尺度。我国相关标准也采用了这一衡量尺度。

2 现场动平衡的基本原理和注意事项

从理论来讲，转子沿其轴的长度每一段的重心应与几何中心线重合。实际上，转子的材料内部组织不均，加工过程中产生的误差；转子在运行中的磨损和腐蚀不均及修理过的转子。均使转子质量不平衡。质量不平衡的转子在转动过程中，就会产生不平衡力。尤其在高速运行的转子，即使转子存在很小的质量偏心，也会产生很大的离心力。这个力通过支承部件，以振动的形式表现出来。长期不正常的振动，会使机组金属材料疲劳而损坏。转子上的紧固件发生松动。间隙小的装配件动静部分发生摩擦使轴发生弯曲等。振动过大，哪怕是时间很短也不允许。尤其是对高转速大容量机组，其后果更为严重。

转子分为刚性转子和柔性转子。虽然定义明确。但并不是具有明显的分界性。例一根转子在低速下可以称为刚性转子；在高速下可以称为柔性转子。就平衡而言，需要考虑的仅仅是相对轴线不对称的转子质量单元的位置变化。

2.1 现场动平衡对设备工作环境的基本要求

在额定转速范围内，能够进行多次启停车运行，这个是动平衡必需的。

能够在转子上进行加重或减重的工作。

能够安装测量振动的传感器。

2.2 刚性转子现场高速动平衡

首先判断转子的初始轴弯曲是否符合技术要求。所谓转子轴弯曲是指在冷态和静态的条件下，转子各横截面的几何中性线和转子两端轴承的中心连线不重合，从而使转子产生质量偏心。在大中型电动机组中，通常用盘车时和盘车后测量的转轴晃度大小来判断转子是否存在初始轴弯曲。

现场动平衡方法按照平衡面的数量可分为单面平衡；两面平衡和多面平衡。两面动平衡是最典型的动平衡的方法。很多平衡机都有两面动平衡的标准程序。在现场动平衡中，也经常用到两面动平衡。

下面简单介绍一下刚性转子的两面动平衡。

刚性转子可以在任意转速下，任意两个平面下，进行现场动平衡。一般情况下，转子的平衡转速为转子的额定转速。

两平面平衡法具体步骤如下：

转子不加重，第一次启动到额定转速或选定转速。测取两个轴承基频振幅和相位，矢量以A0，B0表示。

M1加到平面1上，第二次启到相同转速，测取两个轴承的振幅和相位。矢量已A01和B01表示。

取下M1后，将M2加到平面2上。第三次启到相同转速。测取两个轴承的振幅和相位。矢量已A02和B02表示。

计算两个平衡面影响系数：

a11=（A01-A0）/M1 a12=（B01-B0）/M1

a21=（A02-A0）/ M2 a22=（B02- B0）/M2

联结方程

a11Q1+a21Q2+A0=0

a12Q1+a22Q2+B0 =0

Q1和Q2是两平面最终的平衡重量。

每次起车测量时，应该平稳而准确的升到额定转速，并观察一段时间，应不少于3～5分。观察振动幅值有无变化。

振动测点位置的选取，首先要考虑测点的振动应敏感于转子不平衡；其次是外来振型量最小，所以一般选取支承转子的两个轴承比较合适。

测点的测量方向是选取垂直振动，水平振动还是轴向振动，从转子平衡理论来说，轴承的三个方向振动都可以作为转子平衡的计算依据。但现场平衡经验指出，作为平衡重量计算较好的依据是垂直振动，其次是水平振动，最次是轴向振动。这是由于垂直振动与转子不平衡量之间有着较好的线形关系。另外水平振动和轴向振动往往有较大的非基波分量振动。

2.3 试重的选择

试加重量经验公式：P=1.5WA0/r（n/3000）2。

W为平衡转子的重量；A0为平衡转子的原始振幅；n为平衡转子的平衡转速；r平衡转子的半径。

现场动平衡需要试加重，据加重前后的振动变化计算应加重量。理论上，试加重的大小和相位可以随便确定。实际上，试加重合适与否对于动平衡成功非常重要。直接关系到动平衡的精度和效率。试加重轻了，试加重前后振动幅值变化不大。计算得到的影响系数误差较大；试加重重了，有可能导致机组振动过大，损坏设备。在没有可参考数据时，试加重大小可按加重产生的离心力近似等于1%转子重量的原则来确定。

试加重如有下面情况必须调整：

（1）试加重一侧轴承的振幅变化小于10%。相位变化小于20°时。应加重40%～60%。

（2）轴承振幅超过25丝，相位变化小于180±20°时，应试重减少40～60%。

（3）轴承振幅超过25丝，相位变化小于20°时，应将试重沿转子转动的相反方向，移重90°。

3 结语

质量不平衡不是振动的唯一原因，甚至也不是同频振动的唯一原因。在进行平衡和相关操作之前，应考虑不平衡以外的影响机器振动的因素。这对于两个或多个转子连接在一起的设备（如汽轮发电机组）特别明显。如轴承不对中：联轴器连接面的径向和轴向偏摆；轴瓦自激振动；气隙不均衡引发的振动；均衡引发的振动；轴承失稳：基础不牢等。在动平衡之前。需要确定振动原因转子是否由质量不平衡引起的。

参考文献

[1] 杨国安.转子动平衡实用技术[M].中国石化出版社，2012.

[2] 李录平.汽轮发电机组振动与处理[M].中国电力出版社，2007.

[3] 钟一谔.转子动力学[M].清华大学出版社，1987.