1、简述现场动平衡技术的应用杨 辉/邢台钢铁有限责任公司 摘要：介绍了现场动平衡技术的优势、诊断和处理方法，通过具体的实例分析了应用现场动平衡技术为企业创造的经济效益。 关键词：通风机；动平衡；诊断；方法 中图分类号：TH113.2 +5 文献标识码：B The Application of Dynamic Balance Technology on Site Abstract: This paper has introduced the advantage, the diagnosing and treating method of dynamic balance technology on s
2、ite. The economical benefit for enterprise is obtained by applying dynamic balance technology on site through the concrete analysis of actual example. Key words: fan; dynamic balance; diagnosis; method 0 引言 现场动平衡技术是指旋转机械在与其工作状态相同或相近的转速、安装条件、支承条件和负载情况下，对其进行振动测量或平衡校正的一种平衡方法。实践证明，50%以上的机械振动可以归结为“不平衡”造成
3、的。所以，成功地消除或减小转子不平衡是降低机械振动的主要手段。质量高的现场动平衡总会提高安全性、延长机器寿命和提高设备利用率。因此，平衡不仅是技术上的要求，也是经济效益的需要。 现场动平衡的必要性 （1）安装在实际设备上和安装在动平衡机上转子的工况不同。 现场设备安装误差。设备安装误差有轴承装配偏差、轴承同心度偏差、转子和轴装配偏差、转子变形等，这些对机器不平衡振动都有很大的影响，这和转子在动平衡机上旋转是完全不一样的。所以现场动平衡比机上动平衡精度更高。 在带负荷运行状态下，转子的不平衡会发生变化。机器带负荷运行引起转子不平衡变化的主要原因是热不平衡，转子局部热变形引起的不平衡。 个别零件（
4、如联轴器）未与转子一起进行高速动平衡。 （2）转子在使用过程中发生变化需要进行动平衡补偿。 这些变化有机械磨损，例如转子轴颈磨损、轴承磨损、转子叶片磨损。零部件损坏，例如转子叶片损坏，转轴弯曲。设备修理时，零部件的修改或更换，例如更换吐丝机的吐丝管和卡环会破坏转子的动平衡等。 （3）拆卸机器和运输转子到适合的动平衡机做动平衡，有时受条件限制，同时也不经济。 2 不平衡的诊断 2.1 信号特征 （1）通频时域波图形为近似的等幅正弦波。 （2）频谱图上，以工频成分为主，其它频率成分相对较小。 （3）轴心轨迹图为一个稳定的、长短轴相差不大的椭圆。 （4）转速一定时，相位稳定。 （5）工频趋势图上，初
5、始不平衡时，初次开车后振动值就大；渐发性不平衡时，振动值逐步参差缓慢增大（其间有时可能有所降低），相位同时产生较小的相应变化；突发性不平衡时，振幅突然显著增大，相位也同时突变。 （6）转子的涡动方向为同步正进动。（7）旋转方向上（径向）各点的振动存在相位差。 （8）支承转子的两个轴承同一方向上测点的振动相位，纯静失衡时为同相，纯偶失衡时为反相，动失衡时存在 0180的相位差。 （9）转子外伸段，特别是悬臂转子不平衡时会同时，产生较大的轴向振动，支承转子的两轴承的轴向振动相位相同。 2.2 方向性 由于不平衡振动是由离心惯性力所引起的横向振动，因此径向振动大。 2.3 敏感参数 2.3.1 转速
6、 不平衡振动的振幅值大小与转速范围的变化密切相关，当转速低于临界转速时，振幅随转速的增加而明显上升；当转速等于或接近临界转速时，将产生共振，振幅急剧上升并达到最大峰值；当转速越过并远离临界转速时，振幅随转速的增加反而减小，并趋向于一个较小的稳定值。 2.3.2 相位 除了与转速存在上述类似关系（即低于临界转速时相位随转速而变；通过临界转速时发生大的翻转变化；远离临界转速后趋向于一个稳定值）外，不平衡振动的相位还存在一个非常重要的敏感信息，这就是只要是发生了不平衡 ( 无论是突发性、还是渐发性 ) ，原质量偏心距的方位（重点）肯定要发生变化，工频的相位必然要随之发生变化。因此，在转速稳定的情况下
7、，如果振幅、工频相位同时发生变化，基本上可以断定是发生了转子不平衡故障。 2.4 故障甄别 由于不平衡故障的特征频率是工频，而旋转机械主要振动频率成分是工频的各类故障有 10 类 26种之多。因此，单凭工频成分这一特征是无法做出转子不平衡结论的，这就需要综合考虑方向性、转速、相位等因素，进行区分、甄别。 2.4.1 弯曲类 如轴弯曲、裂纹引起的弯曲，刚性联轴器的角度不对中也可归入此类。与不平衡的主要区别点是弯曲类振动还存在较大的轴向工频振动。此外，转速变化时，永久性弯曲相位不变，临时性弯曲相位变化不明显；角度不对中时，联轴器两侧径向振动相位相同。 2.4.2 偏心类 如轴承偏心（间隙过大、合金
8、磨损、轴颈与轴承偏心、轴承座刚度差异过大等）、转动部件（联轴器、齿轮、叶轮等）偏心、电机气隙不均等。与不平衡的主要区别点是偏心类振动其振动值随负荷而变化、对转速变化不敏感，此外在相位、轴心轨迹等方面也有所不同。 2.4.3 变形类 如机壳、支座及基础的变形，松动，裂纹等。此类振动的工频幅值与负荷、转速的关系均不明显。变形类故障使机组的支撑刚度在某一方向上明显削弱。因此，相关各点的振动均在此方向上明显较大、相位一致，而不平衡引起的振动，同一轴承的不同测点和两端轴承的同方向测点都存在相位差。 2.4.4 共振类 如基础共振和工作在临界转速区等。基础共振使机组各点都以同一频率、同一相位进行振动，而不
9、平衡造成的振动各点都存在相位差。通过波特图和极联图确定转子的临界转速，看是否与实际运行转速相接近。 2.4.5 假象类 如涡流传感器测量轴颈处的机械偏差（椭圆、不同心、损伤等）和电气偏差（剩磁）以及工作转速为 3000r/min 时的 50Hz 交流电干扰信号等。对于机械和电气偏差可通过波特图、极坐标图或低转速下运转加以确认和排除，而 50Hz 交流电干扰信号则是随机的冲击信号。 现场不平衡的处理方法 通过测量，当已确定振动原因为不平衡后，下一步的工作就是要对机器进行现场动平衡校正。笔者从工作实践中总结现场动平衡的关键步骤如下。 3.1 振动传感器和光电传感器的正确安装 现场可以将光电传感器与
10、振动传感器安装在同一角度，这样校正角度以光电标记计量即可。否则，必须将光电传感器对准光电标记后，以振动传感器的位置为起点计量校正角度。 3.2 初始振动矢量分析 假设转子的两个支承分别为 A 和 B,见表 1，根据初始振动矢量分析 1 ，判断不平衡的类型。 表 1 S AO，S BO 为 A、B 侧轴承的初始振幅 夹角 振幅关系 引起振动的主要原因消除方法接近 90 S AO S BO 静、力偶 双面小于 90 S AO S BO 静 单（对称加） 接近 180 S AO S BO 力偶 双面 接近 90 S AO S BO A 侧不平衡 单（A 侧加） 小于 90 S AO S BO A 侧
11、不平衡 单（A 侧加） 接近 180 S AO S BOA 侧不平衡 单（A 侧加） 3.3 试加质量和相位角成功与否的判断标准 振幅明显减小（30%）或相位明显变化（60）。若不成功，则需要调整试重质量，因为试重质量过大或角度偏差过大会引起振幅增大，这对机组安全不利；而试重质量过小，振幅无明显减小，会引起计算误差增大，降低平衡效果，甚至出现错误的计算结果 2 ，所以试重质量的选择很大程度上依赖经验。通常可以参考经验公式，在此基础上适当增加或减少试加质量。在实践中不断总结该设备的加重区间，同时广泛收集同类设备的平衡资料，因试加质量和滞后角具有可参考性，可提高试加成功率。关于试加角度，一般认为刚
12、性转子试加角度比振动相位角加上 180的值略小，挠性转子试加角度比振动相位角的值略大，但实际现场测量上总是存在偏差，但一般偏差不大。实践证明，采用这种方法有时一次加重就可以将机器振动降低到合格范围，可节省检修时间。 3.4 判断动平衡仪分析数据是否正确 在现场平衡过程中，若按照仪器计算的结果校正后，振动没有明显改善，且检查上述三步没有问题，可以通过作矢量图的方法加以验证，排除平衡仪器自身的问题。 现场动平衡效益分析 2008 年 11 月 28 日，邢钢白灰厂套筒窑主抽风机，由于振动过大而无法运行。该风机转子直径2100mm，额定转速 1490r/min，正常工作转速为1150r/min，由功率 250kW 电动机驱动，结构见图1, 振动验收标准为 Vrms2.8mm/s。 对风机进行监测，测点 3 的振动值达到 11.9mm/s，经过分析诊断，确定风机的故障原因为不平衡，于是决定对风机做现场动平衡。自始至终用了6h，就恢复了正常生产。据设备部门介绍一台这样的风机如果拆下来修理需要 24h，直接费用包括拆卸、安装、调试、运输、备件等需要 16000 元。但检修停机的生产损失，按每吨白灰的效益 150 元，每小时生产白灰 20t 计算，则增效为 54000 元。可见现场动平衡技术可以方便而快捷的解决不平衡问
