转子动平衡的基本原理及现场动平衡技术

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　　一、不平衡问题种类

　　为了以最少的启停次数，获得最佳的平衡效果，我们不仅要认识到动不平衡问题的类型(静不平衡、力偶不平衡、动不平衡)，而且还要知道转子的宽径比及转速决定了采用单平面、双平面还是多平面进行动平衡操作。同时也要认识到转子是挠性的还是刚性的。

　　刚性转子与挠性转子

　　对于刚性转子，任何类型的不平衡问题都可以通过任选的二个平面得以平衡。

　　对于挠性转子，当在一个转速下平衡好后，在另一个转速下又会出现不平衡问题。当一个挠性转子首先在低于它的70%第一监界转速下，在它的两端平面内加配重平衡好后，这两个加好的配重将补偿掉分布在整个转子上的不平衡质量，如果把这个转子的转速提高到它的第一临界转速的70%以上，这个转子由于位于转子中心处的不平衡质量所产生的离心力的作用，而产生变形，如图10所示。由于转子的弯曲或变形，转子的重心会偏离转动中心线，而产生新的不平衡问题，此时在新的转速下又有必要在转子两端的平衡面内重新进行动平衡工作，而以后当转子转速降下来后转子又会进入到不平衡状态。为了能在一定的转速范围内，确保转子都能处在平衡的工作状态下，唯一的解决办法是采用多平面平衡法。

　　挠性转子平衡种类

　　1、如果转子只是在一个工作转速下运转，小量的变形不会产生过快的磨损或影响产品的质量，那么可以在任意二个平面内进行平衡，使轴承的振动降低到最小即可。

　　2、如果一个挠性转子，只是在一个工作转速下工作，但是将转子的变形量降低到最小是极其重要的，这时最好采用多平面动平衡修正。

　　3、如果一个转子必须在一个宽广的转速范围内都能平稳地工作，即该转子在低转速时是刚性的，在高转速时是挠性的，这时最好采用多平面动平衡修正。

　　临界转速

　　当转子的转速达到自身产生弯曲共振时的转速，称为临界转速。

　　转子经过临界转速时，转子产生的弯曲振型数，取决转子转速与转子自振频率相一致的数量。一般来说转子的转速低于它的自振频率的70%时，认为它是一个刚性转子，而高于它的自振频率的70%时，认为它是一个挠性转子。由于转子的转速升高通过它的自振频率而产生弯曲或变形时，转子的重心就会偏离转子的转子的转动中心线，产生新的不平衡状态。

　　二、如何识别动不平衡问题

　　不平衡问题的主要特征

　　    · 振动频谱典型特征：不平衡问题通常是较高的转频振动占主导，一般其转频振动成份大于或等于其通频振动的80%以上。

　　    · 不平衡力具有一定的方向性，离心力在径向基本是均匀的，轴及支承轴承的运动轨迹近似为一个圆，然而，由于轴承座的垂直支承刚度大于水平方向，所以正常的轴及支承轴承的运动轨迹为椭圆，即正常情况下水平方向振动要比垂直方向振动大1.5到2倍，若超出这个范围，可能存在其它问题，特别是可能存在共振问题。


　　    · 径向与轴向振动比较，当是不平衡问题占主导时，径向振动(水平和垂直)要比轴向方向的振动大得多(悬臂转子除外)。


　　    · 悬臂转子不平衡问题的方向性，通常情况下，径向和轴向振动都比较大，它是静不平衡和力偶不平衡同时存在，所以通常情况下需要二平面进行平衡修正。


　　    · 有不平衡振动问题转子，其振动相位是稳定和可重复的。


　　    · 不平衡问题会促使共振幅值增大，如果转子的工作转速比较靠近其系统自振频率处的共振点时，少量的不平衡振动会增大10到50倍。


　　    · 转子不平衡问题的相位表现，在转子输入、输出端轴承水平方向测量得到的相位差与在转子输入、输出端轴承垂直方向测量得到的相位差基本相等(+/-30°)否则主要问题不是动平衡问题。例如，如果在一个电机的输入、输出端轴承水平方向测量得到的振动相位差为30°，而在其输入、输出端轴承垂直方向测量得到的振动相位差近似为150°，则工程师企图对这个转子实施动平衡操作，似乎是在浪费时间。

　　三、引起转子不平衡的原因

　　    · 装配错误，安装时一个零件的质量中心线与转动中心线不重合。


　　    · 铸造气孔


　　    · 装配误差


　　    · 半键问题


　　    · 转子变形，由于残余应力、受热不均等引起转子变形。


　　    · 转子上有沉积物


　　    · 设计不均称，如电动机转子绕线一侧与另一侧是不均称的。

　　由以上原因引起转子某种程度的不平衡问题，分布在转子上的所有不平衡矢量的和可以认为是集中在“重点”上的一个矢量，动平衡就是确定不平衡转子重点的位置和大小的一门技术，然后在其相对应的位置处移去或添加一个相同大小的配重。

　　四、动平衡操作的重要性

　　由于动不平衡产生的力，若不予以修正，在转动设备中具有很强的破坏性，不仅对支承轴承产生损坏，也会引起机器基础开裂，焊缝开裂，同时由于不平衡引起的过大的振幅造成产品质量下降。由于不平衡产生的离心力取决于转子的转速和重点的重量。

　　五、现场动平衡技术

　　一般来说，对大多数转动设备，最好是在现场进行动平衡操作，这是因为现场进行动平衡操作是在实际的操作条下、实际的工作转速下进行，并且转子是在自身支承轴承和基础之上。

　　三点现场动平衡操作法

　　1. 以工作转速启动转子，测量和记录原始振动幅值为O’。例如：

　　2. 以O’为半径，画圆，如图1所示。

　　3. 停下转子，在转子上取三个点“A”、“B”和“C”，相隔近似120°。不一定是很准确的120°，然而三点相隔的角度必须是已知的，在我们的例子中如图2所示，“A”点是起点标注为0°。其它点标注如图2所示。

　　4. 选择一块合适的试重，安装到转子点“A”处，此处可参考计算试加重的公式。例如：

　　5. 启动转子达到正常工作转速，测量并记录此时的振动幅值记为 O’+T1。在我们的例子中

　　6. 如图3所示，以A点为圆心，以O’+T1为半径做圆。在我们的例子中以点“A”为圆心，以O’+T1=4 mils为半径做圆。

　　7. 停下转子，将在A点处所加的试重移到B点处。

　　8. 启动转子达到正常工作转速，测量和记录新的振动幅值记为O’+T2。在我们的例子中

　　9. 以B点为圆心，以O’+T2为半径做圆。在我们的例子中 此圆半径为：

　　如图4所示。

　　10. 停下转子将在B点处的试加重量移到C点处。

　　11. 启动转子达到正常工作转速，测量和记录新的振动幅值记为O’+T3。在我们的例子中

　　12. 以C点为圆心，以O’+T3为半径做圆。在我们的例子中 此圆半径为：

　　如图5所示

　　注，如图5所示，从A、B、C绘制的三个圆相交于点D。

　　13. 从原始振幅圆的圆心“O”按图6所示方式画直线OD，该直线标记为“T”。

　　14. 使用与画原始振动圆时相同的比例，测量直线段“T”的长度。在我们的例子中，经过测量后，此“T”直线的长度为5.25in(133mm)。

　　15. 使用下面的公式，计算修正重量：

　　式中：

　　CW——修正重量

　　TW——试加重量

　　O’——原始不平衡振幅读数

　　T——测量的结果矢量

　　在我们的例子中，计算结果如下：

　　或

　　16. 按图7所示，使用量角器，测量直线“T”与直线“OA”之间的角度，此角度即是修正重量相对于转子上的“A”点的安装角度。

　　在我们的例子中，这个角度经测量得41°。

　　17. 停下转子，从“C”点处拆下试加重。

　　18、按在第15步中经过计算确定的配重，安装到经过第16步确定的角度处。在我们的例子中，经计算的配重为11.4oz(323克)，将其安装到转子上从“A”点处，顺时针转过41°的位置处，如图8所示。

　　按照上述说明，将计算的修正重量加到经计算的角度处后，此转子应该到此平衡完毕。

　　来源：神华国华台电 技术讲课教案《转子动平衡——原理、方法和标准》
　　作者：范经伟

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感谢楼主，收下了