现场平衡技术
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现场平衡技术一、背景概述1.1背景转子不平衡影响到我们日常的生活和工作。
不管是家用电器、办公设备、运输车辆、轮船和飞机，还是工矿企业的各种设备，不平衡技术总是以显著的形式表现出来。
为了消除不平衡的存在，以延长机器的寿命，得到平稳无振动的运行，几乎所有转子都要进行动平衡。
动平衡是任何基础工业都不能不考虑的一个生产工序。
特别是现场动平衡，在生产、设备检修，甚至在机器保养方面也变得日益频繁。
不仅小型检修车间像大型企业一样有平衡机，而且随着现代电子技术和计算机化的不断发展，便携式现场平衡仪正在解决现场机械设备各种振动的不平衡问题。
然而动平衡技术特别是现场动平衡技术还不够普及。
在工业系统中，许多人还不了解动平衡，认为动平衡技术很难掌握。
为了让更多人了解动平衡，学习动平衡技术，本文就动平衡的基本知识和概念特别是现场动平衡技术进行详细介绍，理论和实际相结合，以大量的实例说明动平衡的原理。
1.2现场动平衡简介现场动平衡技术是转子在它本身的轴承和机架上，而不是在动平衡机上进行的动平衡过程。
换言之，转子在工作现场条件下或机器实验场所的条件下振动状态不满意时，必须加以改善机器运行振动状态所进行的动平衡。
在这样的条件下，进行动平衡所需的数据资料是从测量转子不平衡引起的支承结构和转子轴的不平衡振动而得到。
现场动平衡的目的是使不平衡引起的机械振动、转子轴的动挠度和作用于轴承上的力达到允许值，所以现场动平衡的评价一般是用现场机器运行的振动标准进行衡量。
1.3现场动平衡的必要性现场动平衡是改善机器运行状态的不可缺少的技术措施，有如下几方面原因：（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。
转子在动平衡机上和在本身设备上的支承动态特性不同，而且现场设备安装会产生安装误差。
多个转子连接形成的轴系与动平衡机上的单个转子不同，在带负荷的状态下，转子的不平衡会发生变化。
（2）转子在使用过程中发生了变化需要进行动平衡补偿。
机械磨损，例如转子轴径磨损和轴承磨损；零部件损坏，如转子叶片损坏等，还有在设备维修时，零部件需要修改或更换。
（3）经济和技术上的原因。
在动平衡机上的投资不合算，一台动平衡机不能解决多种转子的需要，而且现场动平衡一般是在机上平衡的基础上进行动平衡，除了能解决机上平衡不能解决的现场问题，还可以进一步提高动平衡的精度。
1.4现场动平衡的优点（1）现场平衡是在完全装配好的机器上进行，可以补偿装配上的误差。
（2）不必拆卸机器和运输转子到动平衡机。
（3）较低的基本投资（4）转子在运行中受到温度、压力、变形和其它周围环境的影响，现场动平衡可以进行实地测量和校正，并且检验平衡效果和精度直观准确。
二、现场动平衡原理将已知质量的试重加到转子上，通过实际测量振动求出此时的影响系数，再利用求得的影响系数根据支承振动要求算出转子的不平衡量。
这里的振动、质量均是矢量，伴随有相位的变化。
三、现场动平衡的基本方法3.1单平面动平衡单平面动平衡是针对转子静不平衡的一种平衡方法。
这种平衡是在转子的一个靠近重心的半径平面上进行平衡校正，精确地消除转子的静不平衡。
特别是在现场情况下，对已装配成整机的转子进行现场动平衡效果极佳。
如风扇、砂轮、机动卡盘、飞轮、联轴器等盘型转子。
在现场动平衡中，对于在一个固定转速下平衡（如额定转速），有时采用单平面平衡也是很有效的。
现场动平衡最简单，而且最普遍的基本方法是单平面动平衡。
在动平衡实践中，最普遍使用的单平面平衡法测振幅动平衡法法。
3.2两平面动平衡两平面动平衡是在动平衡机上最典型的平衡方法，一般动平衡机都有两平面动平衡的标准化程序。
现场动平衡中，经常使用两平面动平衡方法，许多现场动平衡仪器有两平面动平衡的程序。
3.3多平面平衡多平面多转速（多测点）平衡是需要多于两个平面在多个转速或多个测点上校正不平衡的方法。
当多个恒态（刚性）转子连接在一起有多个轴承或非恒态挠性转子平衡时，需要采用多平面多转速的平衡。
现场动平衡实践中使用多平面多转速的平衡方法的情况比较少。
在动平衡实践中，最普遍使用的多平面平衡法是振型平衡法和影响系数法。
四、现场动平衡实例4.1抽风机实例 4.1.1概述自设备状态监测工作开展以来，对炼铁厂2＃抽风机实施跟踪监测后，发现其振动值有缓慢增长趋势，尤其是风机的水平振动（图1为受控模型图），其间曾多次对叶轮进行清灰处理，振动值虽有所下降，但效果并不明显，尤其是在4月～7月之间其水平振动值有明显增长趋势（图2、3、4为4～7月2＃风机周期检测速度有效值数据及其振动趋势图），经进一步的检测与分析，认为引起风机振动超标的主要原因为风机叶轮在长期的运行过程中发生严重磨损导致叶轮本身动平衡不良即风机转子不平衡，故决定对其做现场动平衡校正。
图1图 2图3 图44.1.2现场动平衡校正1.简介炼铁厂-2#抽风机-测点310周期m m /sV垂直V水平V轴向炼铁厂-2#抽风机-测点412周期m m /sV垂直V水平V轴向现场动平衡校正是通过加速度传感器拾取振动信号，由测速传感器所提供的鉴相器脉冲信号作为振动相位的参考基准，将两组信号所测得的数据输入数据采集仪，利用该仪器提供的现场动平衡应用软件进行数据处理，最终得出校正结果。
2.前期工作在2＃抽风机停机前又对其作了一次检测以进一步确定其故障所在（图5、图6为动平衡前所测数据和风机水平振动频谱）。
设备名称测点及方向速度有效值mm/s 位移峰峰值μm上次值本次值上次值本次值炼铁2＃抽风机电机自由侧（测点1）测点垂直 1.33 1.60 18.00 22.00测点水平 4.13 5.22 68.00 85.00测点轴向 3.03 3.96 60.00 66.00 电机负荷侧（测点2）测点垂直 2.50 3.30 39.00 52.00测点水平 6.51 7.24 110.00 122.00测点轴向 3.20 3.77 38.00 49.00 风机负荷侧（测点3）测点垂直 1.67 2.29 22.00 34.00测点水平8.20 9.00 111.00 133.00测点轴向 1.83 2.44 37.00 41.00 风机自由侧（测点4）测点垂直0.43 0.44 3.00 3.00测点水平 1.68 1.77 27.00 29.00测点轴向0.56 0.44 5.00 4.00图5图6从图5可以看出风机的负荷侧和自由侧即测点3和测点4速度和位移值均有所上升，说明风机振动有进一步增长趋势，而从图6的频谱分析图中可以看出风机振动主要以一倍转频为主，说明风机转子即叶轮存在一定的不平衡量。
3.动平衡校正主要步骤（图7为动平衡示意图）（1）粗算加重停机待转子静止后，在风机的转轴“S”处贴上光标纸来确定零相位，开机运行后在风机负荷侧的轴承座上用加速度传感器拾取振动信号（因为风机的负荷侧最能反映风机的振动特征故采集该点的振动信号）由测速传感器所提供的鉴相器脉冲信号作为振动相位的参考基准，将两组信号所测得的数据输入数据采集仪，利用该仪器提供的现场动平衡应用软件进行数据处理，得出初始相位α＝＝5.6 um。
根据风机原始振幅值、转子重量、转速等数据，通过37°，振幅为A公式Array得出试加重量P≈238g注：A0－原始振幅（um）R－加重半径（mm）W－转子重量（kg）n－风机转速：（r/min）图7（2）估算加重方位（如图8）图8相位反映的是振动信号高点滞后于相位信号的角度，即根据相位可找出振动高点P；由振动原理可知，不平衡力总是超前振动高点一个滞后角，故由高点P 顺转一个滞后角，即可找到不平衡所在位置Q，而Q+180°即为应加平衡配重的位置。
现振动相位α＝37°，振动高点即为-37°，取其滞后角为90°（滞后角大小的选取与转子的材质、刚度等因数有关，同时还需要大量的实践经验来准确定位），可得不平衡所在的位置Q＝-37°+90°，即53°，故实际加重位置应为53°+180°，即按转轴相位标记旋转至233°处；停机,打开人孔，将238g试重块点焊在233°上（即叶轮前盘棱缘处），盖好人孔；开机，待转速平稳后，在分析仪上输入试加重量和位置，通过计算得出实际配重重量和角度，分别为260g 和245°，由于试加的重量、方位与计算值非常接近，一开机振动速度有效值便由之前的9mm/s下降为0.92mm/s，位移峰峰值由之前的133μm下降为24μm，风机负荷侧水平振动频谱中的一倍转频值也随之下降，相位由原来的37°，变为343°，说明所加重量与角度已达到预期的效果，二次停机,打开人孔，直接将试重块焊牢，盖好人孔，正常开机运行,至此完成了2＃抽风机的现场动平衡校正。
（若二次开机振动仍偏大，则可以根据当前取得数据重复步骤1、2直至达到平衡要求，因此试加重量的大小和加重方位至关重要，它有利于减少机组平衡启停次数，缩短平衡时间，这与实践经验的积累分不开）（图9-10为动平衡之后的速度、位移值及风机负荷侧水平振动频谱图）设备名称测点及方向速度有效值mm/s 位移峰峰值μm动平衡前动平衡后动平衡前动平衡后炼铁2＃抽风机电机自由侧（测点1）测点垂直 1.60 1.77 22.00 28.00测点水平 5.22 2.91 85.00 44.00测点轴向 3.96 3.47 56.00 51.00 电机负荷侧（测点2）测点垂直 3.30 1.90 52.00 26.00测点水平7.24 2.69 122.00 37.00测点轴向 3.77 2.37 49.00 28.00 风机负荷测点垂直 2.29 0.50 34.00 5.00测点水平9.00 0.92 133.00 24.00侧（测点3） 测点轴向 2.44 1.15 41.00 19.00 风机自由侧（测点4）测点垂直 0.44 0.43 3.00 4.00 测点水平 1.77 0.52 29.00 6.00 测点轴向0.440.374.004.00图9图104.1.3总结此次炼铁厂2＃抽风机叶轮在线动平衡校正试验的成功打破了传统的维修模式，其意义在于：1. 缩短停机时间，提高生产效率按照传统的维修模式，风机叶轮动平衡校正需经分厂申请，装备部审核，造价组审价等一系列手续之后再由外委单位运出去进行动平衡校正，从叶轮的拆卸到动平衡校正之后的安装试行最快需要48小时；而利用先进的仪器和技术进行在线动平衡校正，只需2小时左右，另外在线动平衡校正不需大量的拆卸工作，只需打开风机的人孔，避免了因拆卸的大意造成机组其他组件精密度的下降。
2. 降低维修费用，减少生产成本据了解，风机叶轮外委做一次动平衡校正所需的费用（来回运输费，动平衡校正费等）大约在3000元左右，而这还不包括叶轮拆装所耗的人力和物力；而利用先进的仪器和技术在线做动平衡校正,不仅节省了外委动平衡校正所需的费用，而且减少了维修人员费用的支出,并为提前生产赢得了宝贵时间。
