动平衡技术在设备诊断中的应用

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摘 要： 常用机械中包含着大量的作旋转运动的零部件，各种回转体，由于材质不均匀或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差，使得回转体在旋转时，加速轴承磨损，严重时能造成破坏性事故。为此，必须对转子进行动平衡。

关键词： 化工机械；动平衡；故障检修

中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210156－01

1 平衡概述

由于转动部件本身形状不对称，离心力即随转动件的旋转而产生，当转速愈高或惯性轴心线偏离转动轴心线愈多（亦即平衡状况愈差），离心力愈大，而转动件或设备的振动也会随之变大。

平衡不良对机械设备的影响是显著的：1）运转噪音及振动大；2）轴承易高温、损坏；3）机械轴封寿命减短；4）联轴器寿命减短；5）基础易松动变形；6）油泄漏；7）设备结构强制损坏。

因此，我们有必要改变旋转机械运动部分的质量，减小不平衡力，即对转子进行平衡。

2 平衡不良的种类

2.1 静不平衡（Static Unbalance）。静不平衡主要出现于窄的圆盘状转动件上，通常只要在质量中心点放置一个相等与不平衡量的配重，即可消除不平衡问题。b/D

2.2 偶不平衡（Couple Unbalance）。偶不平衡有时亦称 Moment Unbalance，其惯性轴心线与转动轴心线相交于质量中心，此时校正平面必须要有二个。

2.3 半静不平衡（Quasi-Static Unbalance）。半静不平衡的特点在其惯性轴心线与转动轴心线有交点，但不相交于质量中心。

2.4 动不平衡（Dynamic Unbalance）。动不平衡的特点为，其惯性轴心线与转动轴心线没有交点，大部份的转动件（体）的不平衡都属于此一类型。

通常所有转动件都应该要定期实施平衡校正，如果工厂具备检测振动问题的工具，则只要在检测到平衡状况不佳时，再实施校正即可。

3 平衡校正的方法

3.1 静平衡法――靠地心引力实施平衡校正。此方法仅适用于有静不平衡问题的转动件。如果将一个与该重力物等重量的配重物置放于转动件上，位置刚好是与重力点相差180度的相对位置时，则不论转动件如何转动，都不会再有不平衡的现象，此称静不平衡改善法。

静平衡法存在的缺点：1）当考虑支撑点（轴承）的摩擦时，可能因为摩擦力大于不平衡量，无法决定不平衡量，导致转动件运转时无法达到真正的平衡。2）静不平衡改善法仅适用于轴向宽度非常窄的转动件，如果我们有一个很宽的转动件时，我们可能很难决定配重物的位置，因为我们不知道不平衡量的轴向位置，当我们在某一端放置一个相等于造成不平衡重量的配重时，可能导致另一端的不平衡，而形成偶不平衡。

3.2 平衡机平衡法――靠平衡机实施平衡校正。顾名思义，此平衡法系以平衡机进行转动件的平衡校正，此方法与静平衡法都较为一般人所知，通常转动件在制造或维修完成后，都会先以平衡机进行平衡校正，以确保出厂品质。由于实施平衡机平衡校正时，都必须把整个转动件拆卸下来，一起送出去校正，因此较为耗费工时与校正费用。

平衡机平衡法存在的缺点：1）必须先确认不平衡问题与不平衡单元或组件。2）整个转动件都必须拆卸下来。3）耗费工时、降低设备维修效率。4）通常无法使用实际工作转速进行校正。5）搬运及安装过程易使平衡状况变差。

3.3 现场动平衡法――靠现场动平衡仪校正

现场动平衡法可以在不拆卸转动件，保持现有运行工况的状态下进行平行校正。所使用的原理为向量平衡法，通常可分为二大类：

3.3.1 精密动平衡。使用专用现场动平衡仪（包含振动传感器及相位计），可准确计算不平衡角度及不平衡量的大小。

振动传感器作用：1）确定振动大小；2）确定不平衡量大小；3）确定平衡配重量。相位计（光电传感器）作用：1）确定振动相位；2）确定不平衡角度确定平衡配重位置。

3.3.2 简易动平衡。使用测振仪，配合圆规、直尺及适当的试重，估算不平衡角度及不平衡量的大小。有二点平衡校正法及三点平衡校正法两种。因为动平衡是直接接在现场机械上进行，只需要一套价格低廉的测试系统，因而较为经济。此外，由于转子在实际工况条件下进行平衡，不需要再装配等工序，整机在工作状态下就可获得较高的平衡精度。所以在实际工作中应用广泛。

4 动平衡的实际应用

热电厂驱动风机的电动机功率710KW，额定电压6000V，额定电流84.1A，采用Y型接线方式，转速为991RPM，在一次振动测量时发现前轴承水平振动9.3mm/s，后轴承水平振动9.2mm/s，通过采集电动机的电压谱和电流谱，我们判断转子笼条状态可疑，但是将机组打开后发现笼条完好。因此判断转子存在不平衡问题。

1）我们首先在原始状况下（未加任何试重），使用动平衡仪测量转动件因不平衡产生的振动值及相位。2）加一试重在电动机前轴承处，测量加试重后所形成新的不平衡所产生的振动值及相位。3）通过观察我们发现增加试重后振动数值变化不大，于是进一步加大试重重新测量，但是效果还是不理想。于是怀疑风机侧存在不平衡。4）将电机恢复到原始状态下（未加任何试重），重新使用动平衡仪测量转动件因不平衡产生的振动值及相位。5）加一试重在风机的相应位置，测量加试重后所形成新的不平衡所产生的振动值及相位。6）这一次效果明显，振动数据明显下降。7）然后通过动平衡仪自动计算加试重前后振动值与相位变化，进而计算出影响系数，以及不平衡与产生振动之间的一整套系数特性，并给出平衡重量及相位。8）加上动平衡仪所计算的平衡重量在转动件上。9）最后测量电动机前后轴承振动均未超过5mm/s，振动数据在正常范围内，机组可以长周期运行。

5 结论

我们看到现场动平衡使用方便，平衡精度高，因此应用范围广，但是在应用时应当注意以下几点：

1）执行现场动平衡过程中，转速必须保持一定。2）执行现场动平衡过程中，振动传感器及相位计必须固定于同一位置，不可移动。3）相位计尽量安装于不会晃动的平面。4）振动传感器尽量靠近于轴承位置，不可放置于轴向位置。

参考文献：

[1]廖常初主编，化工机械与设备[M].重庆：重庆大学出版社，1998.

[2]齐从谦、王士兰，化工技术应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

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[4]康华光，化工技术基础[M].北京：高等教育出版社，2000.6.

[5]王卫星、傅立思、孙耀杰，化工机械原理及应用[M].北京：中国水利水电出版社，2002.