簡述現(xiàn)場動平衡技術(shù)的應(yīng)用

1、 簡述現(xiàn)場動平衡技術(shù)的應(yīng)用 輝/鋼鐵XX公司    摘要：介紹了現(xiàn)場動平衡技術(shù)的優(yōu)勢、診斷和處理方法，通過具體的實例分析了應(yīng)用現(xiàn)場動平衡技術(shù)為企業(yè)創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞：通風(fēng)機(jī)；動平衡；診斷；方法 中圖分類號：TH113.2+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B The Application of Dynamic Balance Technology on Site Abstract: This paper has introduced the advantage, the diagnosing and treating method of dynamic balan

2、ce technology on site. 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 現(xiàn)場動平衡技術(shù)是指旋轉(zhuǎn)機(jī)械在與其工作狀態(tài)一樣或相近的轉(zhuǎn)速、安裝條件、支承條件和負(fù)載情況下，對其進(jìn)行振動測量或平衡校正的一種平衡方法。實踐證明，50%以

3、上的機(jī)械振動可以歸結(jié)為“不平衡”造成的。所以，成功地消除或減小轉(zhuǎn)子不平衡是降低機(jī)械振動的主要手段。質(zhì)量高的現(xiàn)場動平衡總會提高安全性、延長機(jī)器壽命和提高設(shè)備利用率。因此，平衡不僅是技術(shù)上的要求，也是經(jīng)濟(jì)效益的需要。 現(xiàn)場動平衡的必要性 （1）安裝在實際設(shè)備上和安裝在動平衡機(jī)上轉(zhuǎn)子的工況不同。 現(xiàn)場設(shè)備安裝誤差。設(shè)備安裝誤差有軸承裝配偏差、軸承同心度偏差、轉(zhuǎn)子和軸裝配偏差、轉(zhuǎn)子變形等，這些對機(jī)器不平衡振動都有很大的影響，這和轉(zhuǎn)子在動平衡機(jī)上旋轉(zhuǎn)是完全不一樣的。所以現(xiàn)場動平衡比機(jī)上動平衡精度更高。 在帶負(fù)荷運行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子的不平衡會發(fā)生變化。機(jī)器帶負(fù)荷運行引起轉(zhuǎn)子不平衡變化的主要原因是熱不平衡，轉(zhuǎn)子

4、局部熱變形引起的不平衡。 個別零件（如聯(lián)軸器）未與轉(zhuǎn)子一起進(jìn)行高速動平衡。 （2）轉(zhuǎn)子在使用過程中發(fā)生變化需要進(jìn)行動平衡補(bǔ)償。 這些變化有機(jī)械磨損，例如轉(zhuǎn)子軸頸磨損、軸承磨損、轉(zhuǎn)子葉片磨損。零部件損壞，例如轉(zhuǎn)子葉片損壞，轉(zhuǎn)軸彎曲。設(shè)備修理時，零部件的修改或更換，例如更換吐絲機(jī)的吐絲管和卡環(huán)會破壞轉(zhuǎn)子的動平衡等。 （3）拆卸機(jī)器和運輸轉(zhuǎn)子到適合的動平衡機(jī)做動平衡，有時受條件限制，同時也不經(jīng)濟(jì)。 2 不平衡的診斷 2.1 信號特征 （1）通頻時域波圖形為近似的等幅正弦波。 （2）頻譜圖上，以工頻成分為主，其它頻率成分相對較小。 （3）軸心軌跡圖為一個穩(wěn)定的、長短軸相差不大的橢圓。 （4）轉(zhuǎn)速一定時

5、，相位穩(wěn)定。 （5）工頻趨勢圖上，初始不平衡時，初次開車后振動值就大；漸發(fā)性不平衡時，振動值逐步參差緩慢增大（其間有時可能有所降低），相位同時產(chǎn)生較小的相應(yīng)變化；突發(fā)性不平衡時，振幅突然顯著增大，相位也同時突變。 （6）轉(zhuǎn)子的渦動方向為同步正進(jìn)動。（7）旋轉(zhuǎn)方向上（徑向）各點的振動存在相位差。 （8）支承轉(zhuǎn)子的兩個軸承同一方向上測點的振動相位，純靜失衡時為同相，純偶失衡時為反相，動失衡時存在0°180°的相位差。 （9）轉(zhuǎn)子外伸段，特別是懸臂轉(zhuǎn)子不平衡時會同時，產(chǎn)生較大的軸向振動，支承轉(zhuǎn)子的兩軸承的軸向振動相位一樣。 2.2 方向性 由于不平衡振動是由離心慣性力所引起的橫向

6、振動，因此徑向振動大。 2.3 敏感參數(shù) 2.3.1 轉(zhuǎn)速 不平衡振動的振幅值大小與轉(zhuǎn)速圍的變化密切相關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速時，振幅隨轉(zhuǎn)速的增加而明顯上升；當(dāng)轉(zhuǎn)速等于或接近臨界轉(zhuǎn)速時，將產(chǎn)生共振，振幅急劇上升并達(dá)到最大峰值；當(dāng)轉(zhuǎn)速越過并遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速時，振幅隨轉(zhuǎn)速的增加反而減小，并趨向于一個較小的穩(wěn)定值。 2.3.2 相位 除了與轉(zhuǎn)速存在上述類似關(guān)系（即低于臨界轉(zhuǎn)速時相位隨轉(zhuǎn)速而變；通過臨界轉(zhuǎn)速時發(fā)生大的翻轉(zhuǎn)變化；遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速后趨向于一個穩(wěn)定值）外，不平衡振動的相位還存在一個非常重要的敏感信息，這就是只要是發(fā)生了不平衡 ( 無論是突發(fā)性、還是漸發(fā)性 ) ，原質(zhì)量偏心距的方位（重點）肯定要發(fā)生變化

7、，工頻的相位必然要隨之發(fā)生變化。因此，在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的情況下，如果振幅、工頻相位同時發(fā)生變化，基本上可以斷定是發(fā)生了轉(zhuǎn)子不平衡故障。 2.4 故障甄別由于不平衡故障的特征頻率是工頻，而旋轉(zhuǎn)機(jī)械主要振動頻率成分是工頻的各類故障有 10類26種之多。因此，單憑工頻成分這一特征是無法做出轉(zhuǎn)子不平衡結(jié)論的，這就需要綜合考慮方向性、轉(zhuǎn)速、相位等因素，進(jìn)行區(qū)分、甄別。 2.4.1 彎曲類 如軸彎曲、裂紋引起的彎曲，剛性聯(lián)軸器的角度不對中也可歸入此類。與不平衡的主要區(qū)別點是彎曲類振動還存在較大的軸向工頻振動。此外，轉(zhuǎn)速變化時，永久性彎曲相位不變，臨時性彎曲相位變化不明顯；角度不對中時，聯(lián)軸器兩側(cè)徑向振動相位一樣

8、。 2.4.2偏心類 如軸承偏心（間隙過大、合金磨損、軸頸與軸承偏心、軸承座剛度差異過大等）、轉(zhuǎn)動部件（聯(lián)軸器、齒輪、葉輪等）偏心、電機(jī)氣隙不均等。與不平衡的主要區(qū)別點是偏心類振動其振動值隨負(fù)荷而變化、對轉(zhuǎn)速變化不敏感，此外在相位、軸心軌跡等方面也有所不同。 2.4.3 變形類 如機(jī)殼、支座與基礎(chǔ)的變形，松動，裂紋等。此類振動的工頻幅值與負(fù)荷、轉(zhuǎn)速的關(guān)系均不明顯。變形類故障使機(jī)組的支撐剛度在某一方向上明顯削弱。因此，相關(guān)各點的振動均在此方向上明顯較大、相位一致，而不平衡引起的振動，同一軸承的不同測點和兩端軸承的同方向測點都存在相位差。 2.4.4 共振類 如基礎(chǔ)共振和工作在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)等。基礎(chǔ)共

9、振使機(jī)組各點都以同一頻率、同一相位進(jìn)行振動，而不平衡造成的振動各點都存在相位差。通過波特圖和極聯(lián)圖確定轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，看是否與實際運行轉(zhuǎn)速相接近。 2.4.5 假象類 如渦流傳感器測量軸頸處的機(jī)械偏差（橢圓、不同心、損傷等）和電氣偏差（剩磁）以與工作轉(zhuǎn)速為3000r/min 時的50Hz交流電干擾信號等。對于機(jī)械和電氣偏差可通過波特圖、極坐標(biāo)圖或低轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)加以確認(rèn)和排除，而 50Hz 交流電干擾信號則是隨機(jī)的沖擊信號。 現(xiàn)場不平衡的處理方法 通過測量，當(dāng)已確定振動原因為不平衡后，下一步的工作就是要對機(jī)器進(jìn)行現(xiàn)場動平衡校正。筆者從工作實踐中總結(jié)現(xiàn)場動平衡的關(guān)鍵步驟如下。 3.1 振動傳感器和光

10、電傳感器的正確安裝 現(xiàn)場可以將光電傳感器與振動傳感器安裝在同一角度，這樣校正角度以光電標(biāo)記計量即可。否則，必須將光電傳感器對準(zhǔn)光電標(biāo)記后，以振動傳感器的位置為起點計量校正角度。 3.2 初始振動矢量分析 假設(shè)轉(zhuǎn)子的兩個支承分別為A和B,見表1，根據(jù)初始振動矢量分析1 ，判斷不平衡的類型。 表1 SAO，SBO為A、B側(cè)軸承的初始振幅 夾角振幅關(guān)系引起振動的主要原因消除方法接近90° S AO S BO 靜、力偶雙面小于90° S AO S BO 靜 單（對稱加） 接近180° S AO S BO 力偶 雙面 接近90° S AO S BO A側(cè)不平衡單（

11、A側(cè)加） 小于90° S AOS BO A側(cè)不平衡單（A側(cè)加） 接近180° S AO S BOA側(cè)不平衡單（A側(cè)加） 3.3 試加質(zhì)量和相位角成功與否的判斷標(biāo)準(zhǔn) 振幅明顯減?。?0%）或相位明顯變化（>60°）。若不成功，則需要調(diào)整試重質(zhì)量，因為試重質(zhì)量過大或角度偏差過大會引起振幅增大，這對機(jī)組安全不利；而試重質(zhì)量過小，振幅無明顯減小，會引起計算誤差增大，降低平衡效果，甚至出現(xiàn)錯誤的計算結(jié)果2 ，所以試重質(zhì)量的選擇很大程度上依賴經(jīng)驗。通常可以參考經(jīng)驗公式，在此基礎(chǔ)上適當(dāng)增加或減少試加質(zhì)量。在實踐中不斷總結(jié)該設(shè)備的加重區(qū)間，同時廣泛收集同類設(shè)備的平衡資料，因

12、試加質(zhì)量和滯后角具有可參考性，可提高試加成功率。關(guān)于試加角度，一般認(rèn)為剛性轉(zhuǎn)子試加角度比振動相位角加上180°的值略小，撓性轉(zhuǎn)子試加角度比振動相位角的值略大，但實際現(xiàn)場測量上總是存在偏差，但一般偏差不大。實踐證明，采用這種方法有時一次加重就可以將機(jī)器振動降低到合格圍，可節(jié)省檢修時間。 3.4 判斷動平衡儀分析數(shù)據(jù)是否正確 在現(xiàn)場平衡過程中，若按照儀器計算的結(jié)果校正后，振動沒有明顯改善，且檢查上述三步?jīng)]有問題，可以通過作矢量圖的方法加以驗證，排除平衡儀器自身的問題。 現(xiàn)場動平衡效益分析 2008年11月28日，邢鋼白灰廠套筒窯主抽風(fēng)機(jī)，由于振動過大而無法運行。該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子直徑2100mm，額定轉(zhuǎn)速1490r/min，正常工作轉(zhuǎn)速為1150r/min，由功率250kW電動機(jī)驅(qū)動，結(jié)構(gòu)見圖1, 振動驗收標(biāo)準(zhǔn)為Vrms2.8mm/s。 對風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測，測點3的振動值達(dá)到11.9mm/s，經(jīng)過分析診斷，確定風(fēng)機(jī)的故障原因為不平衡，于是決定對風(fēng)機(jī)做現(xiàn)場動平衡。自始至終用了6h，就恢復(fù)了正常生產(chǎn)。據(jù)設(shè)備部門介紹一臺這樣的風(fēng)機(jī)如果拆下來修理需要24h，直接費用包括拆卸、安裝、調(diào)試、運輸、備件等需要16000元。但檢修停機(jī)的生產(chǎn)損失，按每噸白灰