论现场动平衡的重要性

论现场动平衡的重要性

王治1赵瑞军2

包钢股份工程服务公司内蒙古包头市014010

摘要：现场动平衡是对旋转机械(或部件)在其工作状态或接近工作状态下的振动进行检测、分析，并推断其在平衡平面上的等效不平衡幅度和位置，以便采用措施减少旋转部件动不平衡引起的振动。

关键词：现场动平衡；原理；优点；平衡方法

转子不平衡是旋转机械的常见故障之一，而现场动平衡技术能避免大量拆装；可缩短检修时间、降低修理费用、减少停机损失，检验平衡效果直观准确，且平衡成本低，还能在带负荷的多种工况下做平衡，解决专用平衡设备难以解决甚至不能解决的较典型、普遍的转子轴系平衡问题；能有效提高整个转子系统的平衡精度。

一、现场动平衡

1、原理。现场动平衡又称为在线动平衡或整机动平衡，是在实际环境下对机组进行检测并完成动平衡校正工作，即不拆卸机组在设备正常运转时对转子进行动平衡校正，降低机组振动的方法。

旋转设备中质量不平衡的转子在转动过程中，会产生不平衡力，随着转速的增加，产生的离心力会越来越大，并通过振动的形式表现出来，若设备长时间不正常振动，可能会造成机组的损坏。同时，机组产生不平衡故障的因素具有不确定性、多样性、复杂性，转子的质心不在回转轴线上必会产生不平衡量，而且所有分布在转子上的不平衡矢量之和都聚集在一个“重点”上，现场动平衡就在其相应的位置上通过“去重”或“加重”方式使之达到平衡状态。具体操作过程为：通过在机组上安装传感器获取转子产生的振动信号，并以机组的机座作为平衡机底座，因转子与轴承的振动为线性系统，引起的振动为线性叠加，故把采集的振动信号进行处理，确定转子各平衡校正面的幅值和相位；通过现场动平衡的“去重”或“加重”消除不平衡量，让机组振动数值达到符合安全生产的标准。

可见，现场动平衡校正方法具有避免因拆卸与安装引起的误差、减少不必要人力、操作方便、易于自动化及确保机组安全运行等优势。因此现，场动平衡是消除机组振动的一种重要方法，能确保设备安全可靠且稳定运行。

2、优点。①不必拆卸转动件，减少停机时间，现场在线平衡校正时间短。②可在实际工作转速下实施校正，通常转动件拆卸后，在平衡机下校正时，都无法在高速位进行校正，而现场在线动平衡校正则可校正转速高达150000转的高转速。③影响平衡的因素多，包括所有的转动组件(叶轮、转轴、联轴器、键座等)的平衡及转动件安装间隙、偏角等因素，因此直接在线平衡得到较佳的平衡效果。④转动设备振动的问题有时与平衡无关，利用现场动平衡仪就可立刻测知是否有平衡不佳的问题，避免不必要的平衡校正。⑤双面动平衡校正不同于单平面校正，当转动件直径与宽度比例不到2倍时，可能需实施双平面校正。

二、现场动平衡技术

1、现场动平衡方法。现场动平衡是安装后的机器在运行阶段出现不平衡时，在其工作现场且不拆机情况下，以转子的平衡器作为校正机构进行动平衡过程。基本过程为：先通过传感器测试不平衡量大小和位置，分析转子平面质量分布，然后计算不平衡校正配重，将配重加到校正平面，最终在较短时间内使整机振动达到允许范围。

现场动平衡必要性体现在：a．转子工况在自身机构上与在动平衡机上不同(支承动态特性、支承刚度及负荷情况等)；b．转子在使用中零部件的修改或更换影响整机振动强弱程度无法用平衡机测试；c．不必拆卸，可适用于各种仪器，解决一台平衡机无法平衡多种转子的问题。

转子分为刚性与柔性两种，刚性转子平衡，最多在转子上选两个平衡加重面，即可抵消原来的动静不平衡，且在某一转速下平衡后，任何转速下总可保持平衡状态；柔性转子平衡的目标是在工作转速范围内减小转子的挠曲变形，达到工程可接受水平，还要降低转子对轴承座的动反力。柔性转子平衡有模态平衡法、影响系数平衡法、混合平衡法。影响系数法的优点是：可同时平衡几个振型，尤其便于轴系的平衡；可利用计算机辅助，实现数据处理的自动化。模态平衡法优点是：在高转速平衡时启动次数少，且具有较高敏感性，使低阶振型不受影响。过去的两点法、三点法、试重周移法、分段定位法等随着电子设备的不断更新，逐渐被淘汰。全息谱理论、无试重理论等在现场动平衡的运用吸引了众多学者的关注。

2、现场动平衡仪器。现场动平衡仪发展大体经历了4个阶段：a．模拟类仪器基本特点是电磁机械式，借助指针和光点来显示测试结果；b．数字化仪器可将模拟信号转化为数字信号，并以数字方式输出测量结果；c．智能仪器为屏显示现场动平衡仪，内置数字信号处理单片机，集测试、输入、计算和图形显示功能于一体，能自动跟踪测试又有一定的数据处理能力和简单的频谱分析功能，具备了智能仪器的最初特点；d．虚拟仪器以工业PC为核心，借助Lab-VIEW等软件，结合最新的DSP与DAQ技术，代表了未来现场动平衡仪的发展方向。

三、平衡方法

1、不平衡类型确定。先通过测量确定振动原因为不平衡量，再确定转子不平衡类型；即静不平衡、偶不平衡、动不平衡。实际工作中纯偶不平衡很少，多数表现为偶不平衡和静不平衡组合即动不平衡，因此现场平衡几乎是静不平衡和动平衡两种。a.从相位上判定。当转子两端轴承座上的水平、垂直方向相位基本相同时，则转子是静不平衡振动；当两个方向的相位角反相时振动为动不平衡振动。b.当转子本身直径大于转子宽度时，不论工作转速高低都是静不平衡(单面平衡)；当转子直径小于或等于转子宽度时，只要工作转速大于1000r／min都是动不平衡。

判定出不平类型，就可确定平衡面数，因此正确选择平衡面数是决定平衡效果的重要步骤。静不平衡是单面平衡，动不平衡是双面平衡。根据转子尺寸和转速，决定平衡面数。

2、平衡转速选择。转速选择是现场平衡中一道难题，在实际工作中利用动平衡机对旋转体进行动平衡校正时，常由于转速不够而造成平衡精度低原因。但在高转速下平衡，出于安全考虑，试重固定，是否具有可操作性，同时也增加现场平衡难度。对于不平衡量大旋转机械，最好先用低速，减少离心力，进行初始平衡与校正。当不平衡量减少到平衡转速允许范围内，再进行高速平衡。通过试验研究，在基础固有频率附近的转速下进行现场平衡不仅平衡转速降低，而且平衡检测精度高。

3、固有频率确定。采用试验的方法确定旋转机械安装基础的固有频率，方法为：①起动被测量机器旋转，至工作状态切断电源，让其自由旋转，再通过测振仪，一方面实测旋转机械基频振动波形，另一方面测旋转转速。②在机器转速下降过程中，出现基频振动幅值最大转速，即基频固频率所对应转速。

4、现场平衡。现场平衡一般需两个操作步骤就可确定不平衡量大小和相位，即预测和定标。将测振仪放置机器现场，一方面在转轴上电机端部处设置相位标志，通过速度传感器测速度，另一方面将测振传感器安放机器轴承座附近测量振动位移(不平衡量)。①预测：启动机器通过速度传感器、测振动传感器测量原有不平衡量引起振动位移值、相位值，并存入变量X0(幅值)、Y0(相位)中去，以备定标。②定标：将已知试重，不易掉落物体准确贴在机器需加重或去重左右面位置，定标测量，等数据稳定后，取下试重，进行振动位移、相位测量，这时测振动仪所显示数据即是不平衡量大小和相位。

总之，不平衡是旋转机械典型故障之一，据资料表明，旋转机械故障率约有35％由不平衡引起。近年来，在排除不平衡故障时人们越来越注重现场动平衡技术，因其能避免大量拆装安装，节约调试时间，保存原有安装精度；并能有效提高整个系统平衡精度。

参考文献：

[1]安胜利.转子现场动平衡技术[M].国防工业出版社，2016.

[2]史寰威.浅谈转子现场动平衡技术[J].科技创新导报，2015(36):131，133.